JP4032803B2 - Gallium nitride compound semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Gallium nitride compound semiconductor device and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP4032803B2
JP4032803B2 JP2002109309A JP2002109309A JP4032803B2 JP 4032803 B2 JP4032803 B2 JP 4032803B2 JP 2002109309 A JP2002109309 A JP 2002109309A JP 2002109309 A JP2002109309 A JP 2002109309A JP 4032803 B2 JP4032803 B2 JP 4032803B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
type
cap layer
gallium nitride
compound semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002109309A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002374043A (en
Inventor
公博 川越
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nichia Corp
Original Assignee
Nichia Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nichia Corp filed Critical Nichia Corp
Priority to JP2002109309A priority Critical patent/JP4032803B2/en
Publication of JP2002374043A publication Critical patent/JP2002374043A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4032803B2 publication Critical patent/JP4032803B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26Materials of the light emitting region
    • H01L33/30Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
    • H01L33/32Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/04Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/30Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP

Abstract

In a gallium nitride semiconductor device comprising an active layer made of an n-type gallium nitride semiconductor that includes In and is doped with n-type impurity and a p-type cladding layer made of a p-type gallium nitride semiconductor that includes Al and is doped with p-type impurity, a first cap layer, made of a gallium nitride semiconductor that includes n-type impurity of lower concentration than that of said active layer and p-type impurity of lower concentration than that of said p-type cladding layer, and a second cap layer made of a p-type gallium nitride semiconductor that includes Al and is doped with p-type impurity are stacked one on another between said active layer and said p-type cladding layer. <IMAGE>

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、窒化物半導体(InXAlYGa1-X-YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を用いた窒化ガリウム系化合物半導体素子に関し、特にInを含む活性層を有する窒化ガリウム系化合物半導体素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
窒化物半導体を用いた窒化ガリウム系化合物半導体素子は、発光ダイオード素子(LED)、レーザダイオード素子(LD)等の発光素子、太陽電池、光センサ等の受光素子、あるいはトランジスタ、パワーデバイス等の電子デバイスに用いられる。特に、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子は、紫外域から赤色に至るまで、幅広く可視光域での発振が可能と考えられ、その応用範囲は、光ディスクシステムの光源の他、レーザプリンタ、光ネットワークなどの光源など、多岐にわたるものと期待されている。
【0003】
従来の窒化ガリウム系化合物半導体素子では、Inを含むn型活性層と、Alを含むp型クラッド層を組み合わせたヘテロpn接合を基本構成にもつ場合が多い。また、Inを含むn型活性層は分解し易いため、比較的高温でp型クラッド層を成長するときの活性層の分解を防止するために、n型活性層とp型クラッド層の間にAlGaNから成るキャップ層を薄膜に形成する場合が多い。
【0004】
従来の窒化ガリウム系化合物半導体素子の一例として、窒化物半導体レーザの模式断面図を図3に示す。図3の窒化物半導体レーザは、InGaNから成るMQW活性層を、n型及びp型AlGaNクラッド層で挟んだダブルへテロ構造を有している。ELOG成長されたGaN基板101上に、バッファ層102を介して、n型AlGaNコンタクト層103、n型InGaNクラック防止層104、n型AlGaN/GaN超格子クラッド層105、アンドープGaN光ガイド層106、InGaNから成る量子井戸活性層107、p型AlGaNキャップ層108、アンドープGaN光ガイド層109、p型AlGaN/GaN超格子クラッド層110、p型GaNコンタクト層111が順に積層されている。また、162はZrOからなる保護膜、164はSiOとTiOよりなる誘電体多層膜、120はp電極、121はn電極、122と123は取り出し電極である。
【0005】
活性層107は、アンドープInx1Ga1- x1N井戸層(0<x1<1)とSiドープInx2Ga1- x2N障壁層(0≦x2<1、x1>x2)が適当な回数だけ交互に繰り返し積層されたMQW構造を有している。p型AlGaNキャップ層108は、活性層107とヘテロpn接合を形成しており、電子を活性層107中に有効に閉じ込めてレーザの閾値を低下させる。また、p型キャップ層108は、活性層107へのホールの供給の役割を果たすため、高濃度のMgがドープされている。p型キャップ層108は、15〜500Å程度の薄膜で成長させれば良く、薄膜であればp型光ガイド層109やp型光クラッド層110よりも低温で成長させることができる。したがって、p型キャップ層108を形成することにより、p型光ガイド層109等を活性層の上に直接形成する場合に比べて、Inを含む活性層107の分解を抑制することができる。
【0006】
図3に示す構造の窒化ガリウム系化合物半導体レーザにより、室温、5mWの連続発振の条件で1万時間を超える寿命の達成が可能である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、窒化ガリウム系化合物半導体素子には、その用途を拡大するために、さらなる素子寿命の向上が求められている。特に、窒化ガリウム系化合物半導体レーザについては、素子寿命の向上が極めて重要であり、さらに、高温動作時のしきい特性向上も求められている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本件発明者は、窒化ガリウム系化合物半導体素子において、(1)n型活性層に近接するp型キャップ層の不純物濃度が低い方が、素子寿命及び温度特性が良好となること、及び(2)n型活性層とp型キャップ層とのpn接合界面で、n型及びp型不純物が互いに相殺し合う結果、キャリア生成に寄与しない不純物が存在することに着目し、本件発明をなすに至った。
【0009】
上記(2)の点について、図2(a)を参照しながら詳細に説明する。図2(a)は、従来の窒化物半導体素子におけるp型キャップ層とn型活性層とのpn接合界面の様子を示す模式図である。図に示すように、p型キャップ層にドープされているp型不純物10はホールを放出し、n型活性層にドープされているn型不純物12は電子を放出し、これらのホール及び電子がキャリアとなって素子電流を形成する。ところが、n型活性層の上にp型キャップ層を成長させる際、p型キャップ層中のp型不純物10は熱拡散によりn型活性層に一部侵入し、逆に、n型活性層中のn型不純物12は熱拡散によりp型キャップ層に一部侵入する。このためpn接合界面付近でp型不純物10の一部とn型不純物12の一部とが同じ領域内に混在することになり、ドナーとアクセプターが補償して有効なキャリア生成に寄与しなくなる。
【0010】
そこで、本件発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体素子は、Inを含みn型不純物をドープしたn型窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層と、Alを含みp型不純物をドープしたp型窒化ガリウム系化合物半導体から成るp型クラッド層とを有する窒化ガリウム系化合物半導体素子において、前記活性層と前記p型クラッド層との間に、窒化ガリウム系化合物半導体から成る第1のキャップ層と、Alを含みp型不純物をドープしたp型窒化ガリウム系化合物半導体から成る第2のキャップ層とを積層し、前記第1のキャップ層は、前記活性層よりも低濃度のn型不純物と前記第2のキャップ層よりも低濃度のp型不純物とを含み、前記第1のキャップ層のn型不純物濃度は、活性層に近い側で高く、前記第2のキャップ層に近い側で低くなるように活性層から離れるに従って減少しており、前記第1のキャップ層のp型不純物濃度は、前記第2のキャップ層に近い側で高く、前記活性層に近い側で低くなるように第2キャップ層から離れるに従って減少していることを特徴とする。
【0011】
また好ましくは、前記第1のキャップ層は、前記活性層に接して形成され、さらに前記第2のキャップ層は、第1のキャップ層に接して形成されていることを特徴とする。さらに好ましくは、p型の光ガイド層が前記第2のキャップ層に接して形成されていることを特徴とする。
【0012】
図2(b)は、本発明に係る窒化物半導体素子におけるp型キャップ層とn型活性層とのpn接合界面の様子を示す模式図である。図2(b)に示すように、本件発明によれば、n型不純物及びp型不純物がいずれも低濃度に含まれている第1のキャップ層をn型活性層とp型キャップ層(=第2のキャップ層)の間に設けたため、高濃度の不純物を含むp型キャップ層がn型活性層に直接接する場合(図2(a)の場合)に比べて、ドナーとアクセプタの補償を抑制することができる。したがって、補償が抑制された分だけp型キャップ層(=第2のキャップ層)へのp型不純物のドープ量を減少することができ、素子寿命と特性温度を向上することができる。
【0013】
最終の素子における不純物濃度は特に限定されないが、第1のキャップ層中のn型不純物及びp型不純物の濃度が1.0×1017cm−3以下であり、前記第2のキャップ層におけるp型不純物の濃度が8.0×1018〜2.0×1019cm−3であることが好ましい。尚、本件発明において、第1のキャップ層中のn型不純物及びp型不純物の濃度とは、層の厚さ方向における平均値いう。第1のキャップ層中のn型不純物及びp型不純物の濃度には、他の層からの熱拡散の影響によって層の厚さ方向に濃度勾配ができている。即ち、第1のキャップ層中のn型不純物濃度は、活性層に近い側で高く、活性層から離れるに従って減少し、また逆に、第1のキャップ層中のp型不純物濃度は、第2キャップ層に近い側で高く、第2キャップ層から離れるに従って減少する。
【0014】
また、ドナーとアクセプタの補償を効果的に抑制するために、第1のキャップ層は、n型不純物及びp型不純物をドープせずに成長することが好ましい。不純物をドープせずに成長させた場合であっても、第1のキャップ層は、活性層からの熱拡散によりn型不純物と第2のキャップ層からの熱拡散によりp型不純物とを含むことになる。
【0015】
不純物濃度が低い第1のキャップ層は高抵抗な層となるため、素子の駆動電圧を抑制する観点からは、第1のキャップ層が薄い方が好ましい。一方、p型不純物とn型不純物の相殺を抑制する観点からは、第1のキャップ層が厚い方が好ましい。アクセプタとドナーの補償抑制の効果は、活性層にドープされたn型不純物が第1のキャップ層中で示す熱拡散長と第2のキャップ層にドープされたp型不純物が第1のキャップ層中で示す熱拡散長との合計長が第1のキャップ層の膜厚にほぼ等しいときに最大となる。この時、第2のキャップ層から熱拡散してきたp型不純物とn型活性層から熱拡散してきたn型不純物が混在する領域は理論上なくなる。ここで、n型及びp型不純物が第1のキャップ層中で示す熱拡散長は、その不純物の第1のキャップ層への熱拡散が最も活発に起こる工程で示す値を基準とする。即ち、「n型不純物が第1のキャップ層中で示す熱拡散長」とは、n型不純物が第1のキャップ層の成長温度(絶対温度)において示す熱拡散長を指す。「p型不純物が第1のキャップ層中で示す熱拡散長」とは、p型不純物が第2のキャップ層の成長温度(絶対温度)において示す熱拡散長を指す。尚、少なくとも井戸層と障壁層とを有する多重量子井戸構造の活性層が、その活性層がノンドープで終了している場合には、そのノンドープ層と第1のキャップ層の合計膜厚が上記熱拡散長の合計に等しいときに不純物の補償抑制効果が最大となる。たとえば、ノンドープ井戸層とn型不純物ドープ障壁層を交互に積層した多重量子井戸構造を有する活性層が、ノンドープ井戸層で終了している場合には、井戸層と第1キャップ層の合計膜厚が上記熱拡散長の合計に等しいときに不純物の補償抑制効果が最大となる。
ここで熱拡散長Lとは、t秒後の不純物の拡散長のことをいい、Lは(D・t)の平方根で決まる(Lは理論値である)。ここでDは拡散定数であり、D=D・aexp(−U/kT)で表され、Dは成長初期の拡散定数、aはその材料における格子定数、Uはその材料におけるポテンシャルエネルギー、kはボルツマン定数、Tは温度をさす。
【0016】
第1のキャップ層には、例えば、GaN層、InGa1- N層(0<x<1)、及びAlGa1- N層(0<y<1)を用いることができ、また、これらの2種以上を積層したものを用いることができる。GaN層は、活性層中のIn解離の抑制に効果的であり、かつ、結晶性が良い層を形成し易い点で好ましい。InGa1- N層は、厚膜に形成してもVの上昇がなく、結晶性良く積める点で好ましい。AlyGa1-yN層(0<y<1)は、活性層のInの解離の抑制に最も効果的である点で好ましい。
【0017】
前述の通り、第1のキャップ層の好ましい膜厚は、n型及びp型不純物が第1のキャップ層中で示す熱拡散長に依存するため、第1のキャップ層の組成によっても変化する。例えば、第1のキャップ層がGaN層から成る場合には、第1のキャップ層の膜厚は15〜100Å(より好ましくは50〜80Å)であることが望ましい。第1のキャップ層がInGa1- N層(0<x<1)から成る場合には、膜厚15〜150Å(より好ましくは85〜115Å)が望ましい。第1のキャップ層がAlGa1- N層(0<y<1)から成る場合には、膜厚15〜50Å(より好ましくは20〜50Å)が望ましい。
【0018】
一方、第2のキャップ層の膜厚は、低温で結晶性の良い膜を得るために、15〜500Åであることが好ましい。
【0019】
活性層は、Inを含みn型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体であれば良く、バルク、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造のいずれでも良い。中でも、Inを含む窒化ガリウム系化合物半導体から成る井戸層と、n型不純物を添加した窒化ガリウム系化合物半導体から成る障壁層を交互に積層してなる量子井戸構造の活性層を有することが好ましいが、その場合には、第1のキャップ層が障壁層よりも低濃度のn型不純物を含むようにする。
【0020】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体素子に用いるn型不純物としては、Si、Ge、Sn、S、O等が挙げられ、好ましくはSi、Snである。また、p型不純物としては、特に限定されないが、Be、Zn、Mn、Cr、Mg、Caなどが挙げられ、好ましくはMgが用いられる。
【0021】
尚、本明細書において、アンドープとは、窒化物半導体成長時に、ドーパントとなるp型不純物、n型不純物などを添加しない状態で成長させることを指し、例えば有機金属気相成長法において反応容器内に前記ドーパントとなる不純物を供給しない状態で成長させることを指す。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。本発明の窒化ガリウム系化合物半導体素子には、GaN、AlN、もしくはInN、又はこれらの混晶である窒化ガリウム系化合物半導体(InAlGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を用いることができ、これらの一部を、B、Pで置換した混晶でもよい。
ここでは、窒化ガリウム系化合物半導体素子の一例として、窒化ガリウム系化合物半導体レーザを例に説明する。
【0023】
図1は、本発明に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザを示す断面図である。図1の窒化物半導体レーザは、InGa1- N(0≦a<1)から成る活性層107が、n型AlGa1−bN(0≦b<1)層103〜106(各層毎にbの値は異なる)と、p型AlGa1−cN(0≦c<1)層108〜111(各層毎にcの値は異なる)によって挟まれており、いわゆるダブルへテロ構造が形成されている。
【0024】
活性層107は、Inx1Ga1- x1N井戸層(0<x1<1)とInx2Ga1- x2N障壁層(0≦x2<1、x1>x2)が適当な回数だけ交互に繰り返し積層されたMQW構造(多重量子井戸構造)を有している。井戸層はアンドープで形成されている一方、全ての障壁層にはSi、Sn等のn型不純物がドープされている。障壁層にn型不純物がドープされていることにより、活性層中の初期電子濃度が大きくなって井戸層への電子注入効率が高くなり、レーザの発光効率が向上する。活性層107は、井戸層で終わっても良く、障壁層で終わっても良い。活性層107には、蒸気圧の高いInNが比較的多量に混晶されているため、分解し易く、他の層よりも低温(約900℃)で成長される。
【0025】
キャップ層108は、アンドープで成長された第1のキャップ層108aと、高濃度のMgをドープして成長された第2のキャップ層108bの2層によって構成されている。
【0026】
第1のキャップ層108aは、n型活性層107の障壁層にドープされたSiと第2のキャップ層108bにドープされたMgとの補償を防止する役割を果たしており、例えば、GaN層、InGa1- N層(0<x<1)、AlGa1- N層(0<y<1)、又はこれら2種以上の積層体をアンドープで成長させたものである。第1のキャップ層108aの膜厚は、約15Å以上で、活性層107にドープされたSiが第1のキャップ層108a中で示す熱拡散長と第2のキャップ層108bにドープされたMgが第1のキャップ層108a中で示す熱拡散長との合計長以下である。ここで、Si及びMgが第1のキャップ層108a中で示す熱拡散長Lは前述の式で表すことができる。これにより、n型活性層107から熱拡散したSiと次に成長する第2のキャップ層108bから熱拡散するMgとの混在が防止される。
【0027】
第1のキャップ層108aをGaN層、InGa1- N層(0<x<1)、AlGa1- N層(0<y<1)のうち、2種以上の積層体をアンドープで成長させたものとしても良い。その場合、第1のキャップ層全体の好ましい膜厚は、その積層体の構成としてInGaN/GaN、InGaN/AlGaN、InGaN/GaN/AlGaNの組み合わせを採用する場合は15〜150Åであり、GaN/AlGaNの組み合わせを採用する場合は15〜100Åである。これにより、第1のキャップ層を単一の層で設けた場合と同様に、不純物の補償抑制効果の大きい窒化物半導体レーザ素子が得られる。尚、2種以上の窒化ガリウム系化合物半導体を積層して第1のキャップ層108aを構成する場合、第1のキャップ層108aに含まれる各層のバンドギャップが活性層側からpクラッド層側に向かって順次大きくなるようにすることが好ましい。
【0028】
n型活性層107から第1のキャップ層108aに拡散したSiは、第1のキャップ層108a中で、n型活性層107との界面から第2のキャップ層108bとの界面に向かってしだいに濃度が低くなる。逆に、第2のキャップ層108bから第1のキャップ層108aに拡散したMgは、第1のキャップ層中で、第2のキャップ層108bとの界面からn型活性層107との界面に向かってしだいに濃度が低くなる。n型活性層107及び第2のキャップ層108bからの熱拡散により第1のキャップ層108aに含まれるMg及びSiは、各々1.0×1017cm−3以下である。尚、第1のキャップ層108aを成長させるときに、SiやMg等の不純物を低濃度で(活性層及び第2キャップ層からの熱拡散後の最終的な濃度が1×1017cm−3以下となるような低濃度で)ドープしながら成長させても良い。第1のキャップ層108aは、n型及びp型不純物の両方をほぼ同量だけ含むため、結果的にi型となっている。
【0029】
第1のキャップ層108aは、活性層107中のIn解離を抑制するために、活性層107とほぼ同じ温度(約900℃)で成長させることが好ましい。活性層107よりも低温で成長させると活性層107からInが拡散されてくる恐れがあり、活性層107よりも高温で成長させると活性層中のInが解離し易くなる。
【0030】
一方、第2のキャップ層108bは、活性層107へのホール供給と活性層への電子閉じ込めの役割を担っており、例えば、AlGa1- N層(0<z<1、より好ましくは0.1<z<0.5)にp型不純物としてMgが8.0×1018〜2.0×1019cm−3の濃度にドープされて成る。第2のキャップ層108bは、結晶性の良好な薄膜を得るために1000℃以上の高温で成長させることが好ましい。第2のキャップ層108bにドープされたMgは下地層に向かって熱拡散するが、第1のキャップ層108aがあるためn型活性層107から拡散してきたSiと殆ど混合しない。したがって、第2のキャップ層108にドープされたほぼ全てのMgが有効なキャリア生成に寄与することになり、n型活性層の上に直接形成された従来のp型キャップ層に比べて、より少ないMgドープ量で同等のレーザ発振を得ることができる。
【0031】
また活性層のうち最も第1のキャップ層に近いn型不純物を添加した窒化ガリウム系化合物半導体からなる層のn型不純物濃度は5.0×1017〜1.0×1019cm−3であることが好ましい。
【0032】
以下、図1に示す窒化物半導体レーザについて、構造の詳細について説明する。基板101としては、GaNを用いることが好ましいが、窒化物半導体と異なる異種基板を用いても良い。異種基板としては、例えば、C面、R面、及びA面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル(MgA124のような絶縁性基板、SiC(6H、4H、3Cを含む)、ZnS、ZnO、GaAs、Si、及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を成長させることが可能で従来から知られており、窒化物半導体と異なる基板材料を用いることができる。好ましい異種基板としては、サファイア、スピネルが挙げられる。また、異種基板は、オフアングルしていてもよく、この場合ステップ状にオフアングルしたものを用いると窒化ガリウムからなる下地層が結晶性よく成長するため好ましい。更に、異種基板を用いる場合には、異種基板上に素子構造形成前の下地層となる窒化物半導体を成長させた後、異種基板を研磨などの方法により除去して、窒化物半導体の単体基板として素子構造を形成してもよく、また、素子構造形成後に、異種基板を除去する方法でも良い。
【0033】
異種基板を用いる場合には、バッファ層(低温成長層)と窒化物半導体(好ましくはGaN)からなる下地層を介して素子構造を形成すると、窒化物半導体の成長が良好なものとなる。また、異種基板上に設ける下地層(成長基板)として、その他に、ELOG(Epitaxially Laterally Overgrowth)成長させた窒化物半導体を用いると結晶性が良好な成長基板が得られる。ELOG成長層の具体例としては、異種基板上に、窒化物半導体層を成長させ、その表面に窒化物半導体の成長が困難な保護膜を設けるなどして形成したマスク領域と、窒化物半導体を成長させる非マスク領域を、ストライプ状に設け、その非マスク領域から窒化物半導体を成長させることで、膜厚方向への成長に加えて、横方向への成長が成されることにより、マスク領域にも窒化物半導体が成長して成膜された層などがある。その他の形態では、異種基板上に成長させた窒化物半導体層に開口部を設け、その開口部側面から横方向への成長がなされて、成膜される層でもよい。
【0034】
基板101上には、バッファ層102を介して、n型窒化物半導体層であるn型コンタクト層103、クラック防止層104、n型クラッド層105、及びn型光ガイド層106が形成されている。n型クラッド層105を除く他の層は、素子によっては省略することもできる。n型窒化物半導体層は、少なくとも活性層と接する部分において活性層よりも広いバンドギャップを有することが必要であり、そのためにAlを含む組成であることが好ましい。また、各層は、n型不純物をドープしながら成長させてn型としても良いし、アンドープで成長させてn型としても良い。
【0035】
n型窒化物半導体層103〜106の上には、活性層107が形成されている。活性層107は、前述の通り、Inx1Ga1- x1N井戸層(0<x1<1)とInx2Ga1- x2N障壁層(0≦x2<1、x1>x2)が適当な回数だけ交互に繰り返し積層されたMQW構造を有している。井戸層は、アンドープで形成されており、全ての障壁層はSi、Sn等のn型不純物が好ましくは1×1017〜1×1019cm−3の濃度でドープして形成されている。
【0036】
活性層107の上には、第1のキャップ層108a、第2のキャップ層108bが形成されている。前述の通り、第1のキャップ層108aは、アンドープで形成されているが、下地となっている活性層107からの拡散によってSi等のn型不純物を含んでおり、次に成長させる第2のキャップ層108bからの拡散によってMg等のp型不純物を含んでいる。したがって、第1のキャップ層108a中のn型不純物濃度は活性層107よりも低く、第1のキャップ層108a中のp型不純物濃度は第2のキャップ層108bよりも低くなり、いずれも1×1017cm−3以下となる。
【0037】
第2のキャップ層108bは、p型クラッド層110よりも高いAl混晶比を持つp型窒化物半導体から成り、好ましくはAlGa1- N(0.1<z<0.5)なる組成を有する。また、Mg等のp型不純物が8×1018〜2×1019cm- の濃度でドープされている。
【0038】
第2のキャップ層108bの上に、p型光ガイド層109、p型クラッド層110、p型コンタクト層111が形成されている。p型クラッド層110を除く他の層は、素子によっては省略することもできる。これらのp型窒化物半導体層は、少なくとも活性層と接する部分において活性層よりも広いバンドギャップを有することが必要であり、そのためにAlを含む組成であることが好ましい。また、各層は、p型不純物をドープしながら成長させてp型としても良いし、隣接する他の層からp型不純物を拡散させてp型としても良い。
【0039】
これら第1のキャップ層と第2のキャップ層は活性層に対して、活性層から離れるにつれてバンドギャップエネルギーが大きくなるように形成する(オフセットをとる)のが好ましい。すなわち第1のキャップ層が活性層(活性層が多重量子井戸構造である場合は井戸層)よりもバンドギャップエネルギーが大きい層で形成され、さらに第2のキャップ層が第1のキャップ層よりもバンドギャップエネルギーが大きい層とする。このような構成とすることで、最も効率よく電子の閉じ込めがなされ、キャリアのオーバーフローを抑えることができる。この好ましい形態としては、活性層の内、第1のキャップ層に隣接する層がInGa1- N層(0<x<1)で、第1のキャップ層がGaN層で、第2のキャップ層がAlGa1- N層(0<y<1)の形態か、もしくは、活性層の内、第1のキャップ層に隣接する層がInGa1- N層(0<x<1)で、第1のキャップ層がGaN層とAlGa1- N層(0<y<1)が順に形成された層で、第2のキャップ層がAlGa1- N層(y<z、0<z<1)の形態か挙げられ、この2つの形態は特に結晶性が活性層に近い程良く、さらにレーザ素子としての寿命を長くすることができる。
【0040】
n型窒化物半導体層及びp型窒化物半導体層は、とくにレーザ素子、端面発光素子においては、光ガイド層が設けられた構造を有し、この光ガイド層によって、導波路が設けられた構造となる。p側の光ガイド層は、第2のキャップ層とp側クラッド層の間に形成され、好ましくは第2のキャップ層に接して形成される。この光ガイド層は活性層内の井戸層よりも大きなバンドギャップエネルギーとし、また活性層と光ガイド層との屈折率差を小さくすることで、良好な導波路が設けられる。超格子構造でも単一膜で形成しても構わない。単一膜で形成することで、超格子とする場合と比べて、電流が流れやすくなり、Vを下げることができる。その際、単一膜の膜厚は、少なくとも量子効果がない程度の膜厚で、好ましくは障壁層、第1のキャップ層、第2のキャップ層のいずれよりも大きい膜厚で、より好ましくは300Å以上の膜厚で形成することが好ましい。
【0041】
p型窒化物半導体層のうち、p型光ガイド層109の途中までリッジストライプが形成され、さらに、保護膜161、162、p型電極120、n型電極121、pパット電極122、及びnパット電極123が形成されて半導体レーザが構成されている。
【0042】
【実施例】
以下、実施例として、図1に示す構造の窒化ガリウム系化合物半導体レーザについて説明する。なお、実施例1〜7のいずれの実施例も、第1のキャップ層はアンドープで成長させているが、最終のレーザ素子として第1キャップ層に存在するn型不純物及びp型不純物の濃度は、1.0×1017cm−3以下となる。
[実施例1]
(基板101)
基板として、異種基板に成長させた窒化物半導体、本実施例ではGaNを厚膜(100μm)で成長させた後、異種基板を除去して、80μmのGaNからなる窒化物半導体基板を用いる。基板の詳しい形成方法は、以下の通りである。2インチφ、C面を主面とするサファイアよりなる異種基板をMOVPE反応容器内にセットし、温度を500℃にして、トリメチルガリウム(TMG)、アンモニア(NH3)を用い、GaNよりなるバッファ層を200Åの膜厚で成長させ、その後、温度を上げて、アンドープのGaNを1.5μmの膜厚で成長させて、下地層とする。次に、下地層表面にストライプ状のマスクを複数形成して、マスク開口部(窓部)から窒化物半導体、本実施例ではGaNを選択成長させて、横方向の成長を伴った成長(ELOG)により成膜された窒化物半導体層を、さらに厚膜で成長させて、異種基板、バッファ層、下地層を除去して、窒化物半導体基板を得る。この時、選択成長時のマスクは、SiO2からなり、マスク幅15μm、開口部(窓部)幅5μmとする。
【0043】
(バッファ層102)
窒化物半導体基板の上に、温度を1015℃にして、TMG(トリメチルガリウム)、TMA(トリメチルアルミニウム)、アンモニアを用い、Al0.05Ga0.95Nよりなるバッファ層102を4μmの膜厚で成長させる。この層は、AlGaNのn型コンタクト層と、GaNからなる窒化物半導体基板との間で、バッファ層として機能する。
【0044】
(n型コンタクト層103)
次に得られたバッファ層102上にTMG、TMA、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用い、1015℃でSiドープしたAl0.05Ga0.95Nよりなるn型コンタクト層103を4μmの膜厚で成長させる。
【0045】
(クラック防止層104)
次に、TMG、TMI(トリメチルインジウム)、アンモニアを用い、温度を900℃にしてIn0.06Ga0.94Nよりなるクラック防止層104を0.15μmの膜厚で成長させる。なお、このクラック防止層は省略可能である。
【0046】
(n型クラッド層105)
次に、温度を1015℃にして、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用い、アンドープのAl0.05Ga0.95NよりなるA層を25Åの膜厚で成長させ、続いて、TMAを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Siを5×1018/cmドープしたGaNよりなるB層を25Åの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ200回繰り返してA層とB層の積層し、総膜厚1μmの多層膜(超格子構造)よりなるn型クラッド層106を成長させる。この時、アンドープAlGaNのAl混晶比としては、0.05以上0.3以下の範囲であれば、十分にクラッド層として機能する屈折率差を設けることができる。
【0047】
(n型光ガイド層106)
次に、同様の温度で、原料ガスにTMG及びアンモニアを用い、アンドープのGaNよりなるn型光ガイド層106を0.15μmの膜厚で成長させる。また、n型不純物をドープしてもよい。
【0048】
(活性層107)
次に、温度を900℃にして、原料ガスにTMI(トリメチルインジウム)、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Siを5×1018/cmドープしたIn0.05Ga0.95Nよりなる障壁層(B)を140Åの膜厚で、シランガスを止め、アンドープのIn0.1Ga0.9Nよりなる井戸層(W)を40Åの膜厚で、この障壁層(B)、井戸層(W)を、(B)/(W)/(B)/(W)・・・・/(B)の順に積層する。最終層は、障壁層とする。活性層107は、総膜厚約500Åの多重量子井戸構造(MQW)となる。
【0049】
(第1のキャップ層108a)
次に、同様の温度で、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用い、GaNよりなる第1のキャップ層108aを75Åの膜厚で成長させる。
【0050】
(第2のキャップ層108b)
次に、温度を1000℃に上げ、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてCpMg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgを7.5×1018/cmドープしたAl0.3Ga0.7Nよりなる第2キャップ層108bを100Åの膜厚で成長させる。
【0051】
(p型光ガイド層109)
次に、温度を1000℃にして、原料ガスにTMG及びアンモニアを用い、アンドープのGaNよりなるp型光ガイド層109を0.15μmの膜厚で成長させる。このp型光ガイド層109は、アンドープとして成長させるが、p型電子閉込め層108、p型クラッド層109等の隣接層からのMgの拡散により、Mg濃度が5×1016/cm3となりp型を示す。またこの層は成長時に意図的にMgをドープしても良い。
【0052】
(p型クラッド層110)
続いて、1000℃でアンドープAl0.05Ga0.95Nよりなる層を25Åの膜厚で成長させ、続いてTMAを止め、Cp2Mgを用いて、MgドープGaNよりなる層を25Åの膜厚で成長させ、それを90回繰り返して総膜厚0.45μmの超格子層よりなるp型クラッド層110を成長させる。p型クラッド層は少なくとも一方がAlを含む窒化物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作製した場合、不純物はいずれか一方の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを行うと結晶性が良くなる傾向にあるが、両方に同じようにドープしても良い。クラッド層110は、Alを含む窒化物半導体層、好ましくはAlXGa1-XN(0<X<1)を含む超格子構造とすることが望ましく、さらに好ましくはGaNとAlGaNとを積層した超格子構造とする。p側クラッド層110を超格子構造とすることによって、クラッド層全体のAl混晶比を上げることができるので、クラッド層自体の屈折率が小さくなり、さらにバンドギャップエネルギーが大きくなるので、閾値を低下させる上で非常に有効である。さらに、超格子としたことにより、クラッド層自体に発生するピットが超格子にしないものよりも少なくなるので、ショートの発生も低くなる。
【0053】
(p型コンタクト層111)
最後に、1000℃で、p型クラッド層110の上に、Mgを1×1020/cm3ドープしたp型GaNよりなるp型コンタクト層111を150Åの膜厚で成長させる。p型コンタクト層111はp型のInXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で構成することができ、好ましくはMgをドープしたGaNとすれば、p電極120と最も好ましいオーミック接触が得られる。コンタクト層111は電極を形成する層であるので、1×1017/cm3以上の高キャリア濃度とすることが望ましい。1×1017/cm3よりも低いと電極と好ましいオーミックを得るのが難しくなる傾向にある。さらにコンタクト層の組成をGaNとすると、電極材料と好ましいオーミックが得られやすくなる。反応終了後、反応容器内において、ウエハを窒素雰囲気中、700℃でアニーリングを行い、p型層を更に低抵抗化する。
【0054】
以上のようにして窒化物半導体を成長させ各層を積層した後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層のp型コンタクト層の表面にSiO2よりなる保護膜を形成して、RIE(反応性イオンエッチング)を用いSiCl4ガスによりエッチングし、図1に示すように、n電極を形成すべきn型コンタクト層103の表面を露出させる。このように窒化物半導体を深くエッチングするには保護膜としてSiO2が最適である。
【0055】
次に上述したストライプ状の導波路領域として、リッジストライプを形成する。まず、最上層のp型コンタクト層(上部コンタクト層)のほぼ全面に、PVD装置により、Si酸化物(主として、SiO2)よりなる第1の保護膜161を0.5μmの膜厚で形成した後、第1の保護膜161の上に所定の形状のマスクをかけ、RIE(反応性イオンエッチング)装置により、CF4ガスを用い、フォトリソグラフィー技術によりストライプ幅1.6μmの第1の保護膜161とする。この時、リッジストライプの高さ(エッチング深さ)は、p型コンタクト層111、およびp型クラッド層109、p型光ガイド層110の一部をエッチングして、p型光ガイド層109の膜厚が0.1μmとなる深さまでエッチングして、形成する。
【0056】
次に、リッジストライプ形成後、第1の保護膜161の上から、Zr酸化物(主としてZrO2)よりなる第2の保護膜162を、第1の保護膜161の上と、エッチングにより露出されたp型光ガイド層109の上に0.5μmの膜厚で連続して形成する。
【0057】
第2の保護膜162形成後、ウエハを600℃で熱処理する。このようにSiO2以外の材料を第2の保護膜として形成した場合、第2の保護膜成膜後に、300℃以上、好ましくは400℃以上、窒化物半導体の分解温度以下(1200℃)で熱処理することにより、第2の保護膜が第1の保護膜の溶解材料(フッ酸)に対して溶解しにくくなるため、この工程を加えることがさらに望ましい。
【0058】
次に、ウエハをフッ酸に浸漬し、第1の保護膜161をリフトオフ法により除去する。このことにより、p型コンタクト層111の上に設けられていた第1の保護膜161が除去されて、p型コンタクト層が露出される。以上のようにして、図1に示すように、リッジストライプの側面、及びそれに連続する平面(p型光ガイド層109の露出面)に第2の保護膜162が形成される。
【0059】
このように、p型コンタクト層112の上に設けられた第1の保護膜161が、除去された後、図1に示すように、その露出したp型コンタクト層111の表面にNi/Auよりなるp電極120を形成する。但しp電極120は100μmのストライプ幅として、図1に示すように、第2の保護膜162の上に渡って形成する。第2の保護膜162形成後、既に露出させたn型コンタクト層103の表面にはTi/Alよりなるストライプ状のn電極121をストライプと平行な方向で形成する。
【0060】
次に、n電極を形成するためにエッチングして露出された面でp,n電極に、取り出し電極を設けるため所望の領域にマスクし、SiO2とTiO2よりなる誘電体多層膜164を設けた後、p,n電極上にNi−Ti−Au(1000Å−1000Å−8000Å)よりなる取り出し(パット)電極122,123をそれぞれ設けた。この時、活性層107の幅は、200μmの幅(共振器方向に垂直な方向の幅)であり、共振器面(反射面側)にもSiO2とTiO2よりなる誘電体多層膜が設けられる。
【0061】
以上のようにして、n電極とp電極とを形成した後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、窒化物半導体のM面(GaNのM面、(1 1- 0 0)など)でバー状に分割して、更にバー状のウエハを分割してレーザ素子を得る。この時、共振器長は、650μmである。
【0062】
室温においてしきい値2.8kA/cm2、5〜30mWの出力において発振波長405nmの連続発振のレーザ素子が得られる。レーザ素子の素子寿命は、60℃、5mWの連続発振において約2000時間となり、特性温度も後述する比較例に対して向上する。
【0063】
[実施例2]
第1のキャップ層108aを除いて実施例1と同様にして窒化物ガリウム系化合物半導体レーザを作製する。第1のキャップ層108aを、温度900℃で、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用いてアンドープAl0.3Ga0.7Nとして約35Åの膜厚で成長させる。この窒化ガリウム系化合物半導体レーザも、実施例1と同様の寿命と特性温度を示す。
【0064】
[実施例3]
第1のキャップ層108aを除いて実施例1と同様にして窒化物ガリウム系化合物半導体レーザを作製する。第1のキャップ層108aを、温度を900℃にして、原料ガスにTMI(トリメチルインジウム)、TMG及びアンモニアを用い、アンドープIn0.05Ga0.95Nとして約100Åの膜厚で成長させる。この窒化ガリウム系化合物半導体レーザも、実施例1と同様の寿命と特性温度を示す。
【0065】
[実施例4]
活性層107の最終層を約40Å厚の井戸層とし、第1のキャップ層108aの厚さを約60Åとする他は、実施例3と同様にして窒化物ガリウム系化合物半導体レーザを作製する。この窒化ガリウム系化合物半導体レーザも、実施例1と同様の寿命と特性温度を示す。
【0066】
[実施例5]
活性層107、第1のキャップ層108a、及び第2のキャップ層108bを次のように成長させるほかは実施例1と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体レーザを作製する。
(活性層107)
次に、温度を900℃にして、原料ガスにTMI(トリメチルインジウム)、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Siを5×1018/cmドープしたIn0.05Ga0.95Nよりなる障壁層(B)を140Åの膜厚で、シランガスを止め、アンドープのIn0.1Ga0.9Nよりなる井戸層(W)を70Åの膜厚で、この障壁層(B)、井戸層(W)を、(B)/(W)/(B)/(W)・・・・/(B)の順に積層する。最終層は、障壁層とし、最終層のみSiのドープ量を1×1018/cmとする。活性層107は、総膜厚560Åの多重量子井戸構造(MQW)となる。
【0067】
(第1のキャップ層108a)
次に、同様の温度で、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用い、Al0.15Ga0.85Nよりなる第1のキャップ層108aを30Åの膜厚で成長させる。
【0068】
(第2のキャップ層108b)
次に、温度を1000℃に上げ、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてCpMg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgを7.5×1018/cmドープしたAl0.25Ga0.75Nよりなる第2キャップ層108bを70Åの膜厚で成長させる。
これにより得られるレーザ素子は室温においてしきい値2.8kA/cm2、5〜30mWの出力において発振波長405nmの連続発振のレーザ素子が得られる。レーザ素子の素子寿命は、60℃、5mWの連続発振において約3500時間となり、特性温度も後述する比較例に対して向上する。
【0069】
[実施例6]
第1のキャップ層108a、及び第2のキャップ層108bを次のように成長させるほかは実施例5と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体レーザを作製する。
【0070】
(第1のキャップ層108a)
900℃で、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用い、GaNよりなる第1のキャップ層108aを30Åの膜厚で成長させる。
【0071】
(第2のキャップ層108b)
次に、温度を1000℃に上げ、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてCpMg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgを7.5×1018/cmドープしたAl0.25Ga0.75Nよりなる第2キャップ層108bを100Åの膜厚で成長させる。
これにより得られるレーザ素子は室温においてしきい値2.8kA/cm2、5〜30mWの出力において発振波長405nmの連続発振のレーザ素子が得られる。レーザ素子の素子寿命は、60℃、5mWの連続発振において約3000時間となり、特性温度も後述する比較例に対して向上する。
【0072】
[実施例7]
活性層107、第1のキャップ層108a、及び第2のキャップ層108bを次のように成長させるほかは実施例1と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体レーザを作製する。
(活性層107)
次に、温度を900℃にして、原料ガスにTMI(トリメチルインジウム)、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Siを5×1018/cmドープしたIn0.05Ga0.95Nよりなる障壁層(B)を140Åの膜厚で、シランガスを止め、アンドープのIn0.1Ga0.9Nよりなる井戸層(W)を70Åの膜厚で、この障壁層(B)、井戸層(W)を、(B)/(W)/(B)/(W)・・・・/(B)の順に積層する。最終層は、障壁層とし、Siのドープ量を1×1018/cmのIn0.05Ga0.95Nよりなる層(膜厚が100Å)、アンドープのIn0.05Ga0.95Nよりなる層(膜厚が50Å)の2層が順に積層されたそうとする。活性層107は、総膜厚570Åの多重量子井戸構造(MQW)となる。
【0073】
(第1のキャップ層108a)
次に、同様の温度で、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用い、Al0.15Ga0.85Nよりなる第1のキャップ層108aを30Åの膜厚で成長させる。
【0074】
(第2のキャップ層108b)
次に、温度を1000℃に上げ、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてCpMg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgを7.5×1018/cmドープしたAl0.25Ga0.75Nよりなる第2キャップ層108bを70Åの膜厚で成長させる。
これにより得られるレーザ素子は室温においてしきい値2.8kA/cm2、5〜30mWの出力において発振波長405nmの連続発振のレーザ素子が得られる。レーザ素子の素子寿命は、60℃、5mWの連続発振において約2800時間となり、特性温度も後述する比較例に対して向上する。
【0075】
[変形例1]
次に変形例として活性層107、第1のキャップ層108a、及び第2のキャップ層108bを次のように成長させる。ほかの構成は実施例1と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体レーザを作製する。
(活性層107)
次に、温度を900℃にして、原料ガスにTMI(トリメチルインジウム)、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Siを5×1018/cmドープしたIn0.05Ga0.95Nよりなる障壁層(B)を140Åの膜厚で、シランガスを止め、アンドープのIn0.1Ga0.9Nよりなる井戸層(W)を70Åの膜厚で、この障壁層(B)、井戸層(W)を、(B)/(W)/(B)/(W)・・・・/(B)の順に積層する。最終層は、障壁層とし、最終層のみアンドープとする。活性層107は、総膜厚560Åの多重量子井戸構造(MQW)となる。
【0076】
(第1のキャップ層108a)
次に、同様の温度で、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用い、GaNよりなる第1のキャップ層108aを30Åの膜厚で成長させる。
【0077】
(第2のキャップ層108b)
次に、温度を1000℃に上げ、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてCpMg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgを7.5×1018/cmドープしたAl0.25Ga0.75Nよりなる第2キャップ層108bを70Åの膜厚で成長させる。
このレーザ素子においては、第1のキャップ層108aに最も近いn型不純物を添加した窒化ガリウム系化合物半導体からなる層は、アンドープの障壁層とアンドープの井戸層を間に介したSiドープの障壁層となり、n型不純物を添加した層とp型不純物を添加した層との間のアンドープの層の総膜厚は240Åとなる。
これにより得られるレーザ素子は、全ての実施例と比べて寿命は短くなるが、比較例1〜3と比べて寿命は長くなる。
【0078】
[比較例1]
第1のキャップ層108aを形成せずに、活性層107の上に直接第2のキャップ層108bを形成する他は、実施例1と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体レーザを作製する。室温においてしきい値4.0kA/cm2、5〜30mWの出力において発振波長405nmの連続発振のレーザ素子が得られる。レーザ素子の素子寿命は、60℃、5mWの連続発振において約1000時間となり、特性温度は、約200Kとなる。
【0079】
[比較例2]
第1のキャップ層108aを形成せずに、活性層107の上に直接第2のキャップ層108bを以下のようにして形成する他は、実施例1と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体レーザを作製する。
(第2のキャップ層108b)
【0080】
次に、温度を1000℃に上げ、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてCp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgを1.0×1019/cmドープしたAl0.3Ga0.7Nよりなる第2キャップ層108bを100Åの膜厚で成長させる。
室温においてしきい値2.8kA/cm2、5〜30mWの出力において発振波長405nmの連続発振のレーザ素子が得られる。レーザ素子の素子寿命は、60℃、5mWの連続発振において約1000時間となり、特性温度は、約200Kとなる。
【0081】
[比較例3]
第1のキャップ層108a、及び第2のキャップ層108bを次のように成長させるほかは実施例1と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体レーザを作製する。
【0082】
(第1のキャップ層108a)
900℃で、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてCpMg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgを1.0×1019/cmドープしたGaNよりなる第1のキャップ層108aを30Åの膜厚で成長させる。
【0083】
(第2のキャップ層108b)
次に、温度を1000℃に上げ、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてCpMg(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、Mgを7.5×1018/cmドープしたAl0.25Ga0.75Nよりなる第2キャップ層108bを100Åの膜厚で成長させる。
【0084】
これにより得られるレーザ素子は、第1キャップ層のp型不純物が第2キャップ層と比べて多いことから、寿命が短くなり、60℃、5mWの連続発振において約800時間となり、また第2キャップ層のp型不純物が第1キャップ層と比べて少ないことから、実施例1と比べてVが高くなる。
【0085】
【発明の効果】
本件発明によれば、Inを含む活性層の上に形成するp型キャップ層を、不純物濃度が低い(好ましくはノンドープの)第1のキャップ層と、p型不純物をドープした第2のキャップ層との2層により構成することにより、活性層とp型キャップ層の界面付近で起こるドナーとアクセプタの補償を抑制できるため、p型キャップ層のp型不純物濃度を減少して、長寿命で温度特性に優れた窒化ガリウム系化合物半導体素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の一実施形態を説明する模式断面図である。
【図2】 図2(a)及び(b)は、従来(図2(a))及び本発明(図2(b))に係る窒化ガリウム系化合物半導体素子の活性層とp型キャップ層の界面付近の様子を示す模式図である。
【図3】 図3は、従来の窒化ガリウム系化合物半導体素子の一例を示す模式断面図である。
【符号の簡単な説明】
101 基板(GaN基板)、
102 バッファ層、
103 n型コンタクト層、
104 クラック防止層、
105 n型クラッド層、
106 n型光ガイド層、
107 活性層、
108a 第1のキャップ層、
108b 第2のキャップ層、
109 p型光ガイド層、
110 p型クラッド層、
111 p型コンタクト層。
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a nitride semiconductor (InXAlYGa1-XYThe present invention relates to a gallium nitride compound semiconductor device using N, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1), and more particularly to a gallium nitride compound semiconductor device having an active layer containing In.
[0002]
[Prior art]
Gallium nitride compound semiconductor elements using nitride semiconductors are light emitting elements such as light emitting diode elements (LEDs) and laser diode elements (LD), light receiving elements such as solar cells and photosensors, or electrons such as transistors and power devices. Used for devices. In particular, a semiconductor laser element using a nitride semiconductor is considered to be capable of oscillating in a wide range of visible light from the ultraviolet region to the red region. It is expected to be a wide variety of light sources such as networks.
[0003]
Conventional gallium nitride-based compound semiconductor elements often have a hetero pn junction in which an n-type active layer containing In and a p-type cladding layer containing Al are combined in a basic configuration. In addition, since the n-type active layer containing In is easily decomposed, in order to prevent decomposition of the active layer when growing the p-type cladding layer at a relatively high temperature, the n-type active layer is interposed between the n-type active layer and the p-type cladding layer. In many cases, a cap layer made of AlGaN is formed into a thin film.
[0004]
As an example of a conventional gallium nitride-based compound semiconductor device, a schematic cross-sectional view of a nitride semiconductor laser is shown in FIG. The nitride semiconductor laser of FIG. 3 has a double heterostructure in which an MQW active layer made of InGaN is sandwiched between n-type and p-type AlGaN cladding layers. An n-type AlGaN contact layer 103, an n-type InGaN crack prevention layer 104, an n-type AlGaN / GaN superlattice clad layer 105, an undoped GaN light guide layer 106, on a GaN substrate 101 on which ELOG is grown, via a buffer layer 102, A quantum well active layer 107 made of InGaN, a p-type AlGaN cap layer 108, an undoped GaN light guide layer 109, a p-type AlGaN / GaN superlattice cladding layer 110, and a p-type GaN contact layer 111 are stacked in this order. 162 is ZrO.2Protective film made of 164 is SiO2And TiO2A dielectric multilayer film, 120 is a p-electrode, 121 is an n-electrode, and 122 and 123 are extraction electrodes.
[0005]
The active layer 107 is made of undoped Inx1Ga1- x1N well layer (0 <x1 <1) and Si-doped Inx2Ga1- x2It has an MQW structure in which N barrier layers (0 ≦ x2 <1, x1> x2) are alternately and repeatedly stacked an appropriate number of times. The p-type AlGaN cap layer 108 forms a hetero pn junction with the active layer 107, effectively confining electrons in the active layer 107 and lowering the laser threshold. The p-type cap layer 108 plays a role of supplying holes to the active layer 107 and is therefore doped with high-concentration Mg. The p-type cap layer 108 may be grown as a thin film having a thickness of about 15 to 500 mm, and if it is a thin film, it can be grown at a lower temperature than the p-type light guide layer 109 and the p-type optical cladding layer 110. Therefore, by forming the p-type cap layer 108, decomposition of the active layer 107 containing In can be suppressed as compared with the case where the p-type light guide layer 109 and the like are formed directly on the active layer.
[0006]
With the gallium nitride compound semiconductor laser having the structure shown in FIG. 3, it is possible to achieve a lifetime exceeding 10,000 hours under the condition of continuous oscillation at room temperature and 5 mW.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, gallium nitride-based compound semiconductor devices are required to have a further improved device life in order to expand their applications. In particular, for a gallium nitride-based compound semiconductor laser, improvement in device lifetime is extremely important, and further, improvement in threshold characteristics during high-temperature operation is also required.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has found that in the gallium nitride-based compound semiconductor device, (1) the lower the impurity concentration of the p-type cap layer adjacent to the n-type active layer, the better the device life and temperature characteristics, and (2) As a result of the n-type and p-type impurities canceling each other out at the pn junction interface between the n-type active layer and the p-type cap layer, the present invention has been made by paying attention to the presence of impurities that do not contribute to carrier generation. .
[0009]
The point (2) will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2A is a schematic diagram showing a state of a pn junction interface between a p-type cap layer and an n-type active layer in a conventional nitride semiconductor device. As shown in the figure, the p-type impurity 10 doped in the p-type cap layer emits holes, and the n-type impurity 12 doped in the n-type active layer emits electrons. It becomes a carrier and forms an element current. However, when the p-type cap layer is grown on the n-type active layer, the p-type impurity 10 in the p-type cap layer partially penetrates into the n-type active layer by thermal diffusion. The n-type impurity 12 partially penetrates into the p-type cap layer by thermal diffusion. For this reason, a part of the p-type impurity 10 and a part of the n-type impurity 12 are mixed in the same region near the pn junction interface, and the donor and the acceptor compensate and do not contribute to effective carrier generation.
[0010]
  Therefore, a gallium nitride compound semiconductor device according to the present invention includes an active layer made of an n-type gallium nitride compound semiconductor doped with n-type impurities and a p-type gallium nitride-based compound containing Al and doped with p-type impurities. A gallium nitride-based compound semiconductor element having a p-type cladding layer made of a compound semiconductor, comprising a first cap layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor between the active layer and the p-type cladding layer, and Al laminating a second cap layer made of a p-type gallium nitride compound semiconductor doped with a p-type impurity;The first cap layer includes an n-type impurity having a lower concentration than the active layer and a p-type impurity having a lower concentration than the second cap layer,The n-type impurity concentration of the first cap layer is high on the side close to the active layer,To be lower on the side closer to the second cap layerThe p-type impurity concentration of the first cap layer is higher on the side closer to the second cap layer, and decreases with increasing distance from the active layer;To be lower on the side closer to the active layerIt is characterized by decreasing with increasing distance from the second cap layer.
[0011]
Preferably, the first cap layer is formed in contact with the active layer, and the second cap layer is formed in contact with the first cap layer. More preferably, a p-type light guide layer is formed in contact with the second cap layer.
[0012]
FIG. 2B is a schematic diagram showing the state of the pn junction interface between the p-type cap layer and the n-type active layer in the nitride semiconductor device according to the present invention. As shown in FIG. 2B, according to the present invention, the n-type active layer and the p-type cap layer (= Since the second cap layer is provided between the second cap layer and the p-type cap layer containing a high-concentration impurity directly contacts the n-type active layer (in the case of FIG. 2A), the donor and acceptor are compensated. Can be suppressed. Therefore, the doping amount of the p-type impurity into the p-type cap layer (= second cap layer) can be reduced by the amount of compensation, and the device life and characteristic temperature can be improved.
[0013]
The impurity concentration in the final device is not particularly limited, but the concentration of the n-type impurity and the p-type impurity in the first cap layer is 1.0 × 10 6.17cm-3The concentration of the p-type impurity in the second cap layer is 8.0 × 1018~ 2.0 × 1019cm-3It is preferable that In the present invention, the concentration of the n-type impurity and the p-type impurity in the first cap layer is an average value in the thickness direction of the layer. The concentration of the n-type impurity and the p-type impurity in the first cap layer has a concentration gradient in the layer thickness direction due to the influence of thermal diffusion from other layers. That is, the n-type impurity concentration in the first cap layer is high on the side close to the active layer and decreases as the distance from the active layer increases. Conversely, the p-type impurity concentration in the first cap layer is It is higher on the side closer to the cap layer, and decreases as the distance from the second cap layer increases.
[0014]
In order to effectively suppress donor and acceptor compensation, the first cap layer is preferably grown without doping with n-type impurities and p-type impurities. Even when grown without doping impurities, the first cap layer contains n-type impurities by thermal diffusion from the active layer and p-type impurities by thermal diffusion from the second cap layer. become.
[0015]
Since the first cap layer having a low impurity concentration is a high resistance layer, the first cap layer is preferably thin from the viewpoint of suppressing the driving voltage of the element. On the other hand, from the viewpoint of suppressing cancellation of p-type impurities and n-type impurities, it is preferable that the first cap layer is thicker. The effect of suppressing the compensation of the acceptor and the donor is that the n-type impurity doped in the active layer has a thermal diffusion length indicated in the first cap layer and the p-type impurity doped in the second cap layer is the first cap layer. It becomes maximum when the total length with the thermal diffusion length shown in the figure is approximately equal to the film thickness of the first cap layer. At this time, there is theoretically no region where the p-type impurity thermally diffused from the second cap layer and the n-type impurity thermally diffused from the n-type active layer coexist. Here, the thermal diffusion length exhibited by the n-type and p-type impurities in the first cap layer is based on the value indicated in the process in which the thermal diffusion of the impurities into the first cap layer occurs most actively. That is, “the thermal diffusion length exhibited by the n-type impurity in the first cap layer” refers to the thermal diffusion length exhibited by the n-type impurity at the growth temperature (absolute temperature) of the first cap layer. “The thermal diffusion length exhibited by the p-type impurity in the first cap layer” refers to the thermal diffusion length exhibited by the p-type impurity at the growth temperature (absolute temperature) of the second cap layer. When the active layer having a multi-quantum well structure having at least a well layer and a barrier layer ends in an undoped state, the total film thickness of the undoped layer and the first cap layer is equal to the above thermal layer. When the diffusion length is equal to the total, the impurity compensation suppressing effect is maximized. For example, when an active layer having a multiple quantum well structure in which non-doped well layers and n-type impurity-doped barrier layers are alternately stacked ends with the non-doped well layer, the total thickness of the well layer and the first cap layer Is equal to the sum of the thermal diffusion lengths, the impurity compensation suppression effect is maximized.
Here, the thermal diffusion length L refers to the diffusion length of impurities after t seconds, and L is determined by the square root of (D · t) (L is a theoretical value). Here, D is a diffusion constant, and D = D0・ A2exp (−U / kT), D0Is the initial diffusion constant, a is the lattice constant of the material, U is the potential energy of the material, k is the Boltzmann constant, and T is the temperature.
[0016]
The first cap layer includes, for example, a GaN layer, InxGa1- xN layer (0 <x <1) and AlyGa1- yAn N layer (0 <y <1) can be used, and a laminate of two or more of these can be used. The GaN layer is preferable in that it is effective in suppressing In dissociation in the active layer and can easily form a layer having good crystallinity. InxGa1- xEven if the N layer is formed as a thick film, the V layerfIs preferable in that it can be stacked with good crystallinity. The AlyGa1-yN layer (0 <y <1) is preferable in that it is most effective in suppressing the dissociation of In in the active layer.
[0017]
As described above, the preferable film thickness of the first cap layer varies depending on the composition of the first cap layer because n-type and p-type impurities depend on the thermal diffusion length exhibited in the first cap layer. For example, when the first cap layer is composed of a GaN layer, the thickness of the first cap layer is desirably 15 to 100 mm (more preferably 50 to 80 mm). The first cap layer is InxGa1- xIn the case of N layers (0 <x <1), a film thickness of 15 to 150 mm (more preferably 85 to 115 mm) is desirable. The first cap layer is AlyGa1- yIn the case of N layers (0 <y <1), a film thickness of 15 to 50 mm (more preferably 20 to 50 mm) is desirable.
[0018]
On the other hand, the thickness of the second cap layer is preferably 15 to 500 mm in order to obtain a film having good crystallinity at a low temperature.
[0019]
The active layer may be a gallium nitride compound semiconductor containing In and doped with an n-type impurity, and may be any of a bulk, a single quantum well structure, and a multiple quantum well structure. Among them, it is preferable to have an active layer having a quantum well structure in which a well layer made of a gallium nitride compound semiconductor containing In and a barrier layer made of a gallium nitride compound semiconductor to which an n-type impurity is added are alternately stacked. In that case, the first cap layer contains an n-type impurity at a concentration lower than that of the barrier layer.
[0020]
Examples of the n-type impurity used in the gallium nitride compound semiconductor device of the present invention include Si, Ge, Sn, S, O, and the like, and preferably Si and Sn. The p-type impurity is not particularly limited, and examples thereof include Be, Zn, Mn, Cr, Mg, and Ca, and Mg is preferably used.
[0021]
In this specification, undoped refers to growing without adding p-type impurities, n-type impurities or the like as dopants during growth of a nitride semiconductor. For example, in an organic metal vapor phase growth method, In this case, the growth is performed without supplying the dopant as an impurity.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The gallium nitride compound semiconductor element of the present invention includes GaN, AlN, InN, or a mixed crystal gallium nitride compound semiconductor (InXAlYGa1-XYN, 0.ltoreq.X, 0.ltoreq.Y, X + Y.ltoreq.1) can be used, and a mixed crystal in which a part thereof is substituted with B or P may be used.
Here, a gallium nitride compound semiconductor laser will be described as an example of a gallium nitride compound semiconductor device.
[0023]
FIG. 1 is a sectional view showing a gallium nitride compound semiconductor laser according to the present invention. The nitride semiconductor laser shown in FIG.aGa1- aAn active layer 107 made of N (0 ≦ a <1) is formed of n-type Al.bGa1-bN (0 ≦ b <1) layers 103 to 106 (b values differ for each layer) and p-type AlcGa1-cIt is sandwiched between N (0 ≦ c <1) layers 108 to 111 (the value of c is different for each layer), and a so-called double heterostructure is formed.
[0024]
The active layer 107 is made of Inx1Ga1- x1N well layer (0 <x1 <1) and Inx2Ga1- x2It has an MQW structure (multiple quantum well structure) in which N barrier layers (0 ≦ x2 <1, x1> x2) are alternately and repeatedly stacked an appropriate number of times. The well layer is undoped, while all the barrier layers are doped with n-type impurities such as Si and Sn. By doping the barrier layer with the n-type impurity, the initial electron concentration in the active layer is increased, the electron injection efficiency into the well layer is increased, and the light emission efficiency of the laser is improved. The active layer 107 may end with a well layer or a barrier layer. Since a relatively large amount of InN having a high vapor pressure is mixed in the active layer 107, it is easily decomposed and is grown at a lower temperature (about 900 ° C.) than the other layers.
[0025]
The cap layer 108 is composed of two layers, a first cap layer 108a grown undoped and a second cap layer 108b grown by doping high-concentration Mg.
[0026]
The first cap layer 108a serves to prevent compensation between Si doped in the barrier layer of the n-type active layer 107 and Mg doped in the second cap layer 108b. For example, the GaN layer, InxGa1- xN layer (0 <x <1), AlyGa1- yThe N layer (0 <y <1) or a laminate of two or more of these is grown undoped. The film thickness of the first cap layer 108a is about 15 mm or more. The thermal diffusion length indicated by Si doped in the active layer 107 in the first cap layer 108a and Mg doped in the second cap layer 108b. It is below the total length with the thermal diffusion length shown in the 1st cap layer 108a. Here, the thermal diffusion length L indicated by Si and Mg in the first cap layer 108a can be expressed by the above formula. This prevents mixing of Si thermally diffused from the n-type active layer 107 and Mg thermally diffused from the second cap layer 108b grown next.
[0027]
The first cap layer 108a is made of a GaN layer, InxGa1- xN layer (0 <x <1), AlyGa1- yOf the N layers (0 <y <1), two or more kinds of stacked bodies may be grown undoped. In that case, the preferable film thickness of the entire first cap layer is 15 to 150 mm when the combination of InGaN / GaN, InGaN / AlGaN, and InGaN / GaN / AlGaN is adopted as the structure of the laminate. When employing the combination of 15 to 100 mm. As a result, a nitride semiconductor laser element having a large impurity compensation suppressing effect can be obtained as in the case where the first cap layer is provided as a single layer. When the first cap layer 108a is formed by stacking two or more kinds of gallium nitride compound semiconductors, the band gap of each layer included in the first cap layer 108a is directed from the active layer side to the p-cladding layer side. It is preferable to increase the size sequentially.
[0028]
The Si diffused from the n-type active layer 107 to the first cap layer 108a gradually increases from the interface with the n-type active layer 107 toward the interface with the second cap layer 108b in the first cap layer 108a. The concentration is lowered. Conversely, Mg diffused from the second cap layer 108b to the first cap layer 108a is directed from the interface with the second cap layer 108b to the interface with the n-type active layer 107 in the first cap layer. The concentration gradually decreases. Mg and Si contained in the first cap layer 108a due to thermal diffusion from the n-type active layer 107 and the second cap layer 108b are 1.0 × 10 6 each.17cm-3It is as follows. Note that when the first cap layer 108a is grown, impurities such as Si and Mg are formed at a low concentration (the final concentration after thermal diffusion from the active layer and the second cap layer is 1 × 1017cm-3It is also possible to grow while doping (with a low concentration such that: Since the first cap layer 108a contains substantially the same amount of both n-type and p-type impurities, the result is i-type.
[0029]
The first cap layer 108 a is preferably grown at substantially the same temperature (about 900 ° C.) as the active layer 107 in order to suppress In dissociation in the active layer 107. When grown at a lower temperature than the active layer 107, In may be diffused from the active layer 107. When grown at a higher temperature than the active layer 107, In in the active layer is easily dissociated.
[0030]
On the other hand, the second cap layer 108b plays a role of supplying holes to the active layer 107 and confining electrons to the active layer.zGa1- zIn the N layer (0 <z <1, more preferably 0.1 <z <0.5), Mg is 8.0 × 10 as a p-type impurity.18~ 2.0 × 1019cm-3It is doped to a concentration of The second cap layer 108b is preferably grown at a high temperature of 1000 ° C. or higher in order to obtain a thin film with good crystallinity. Mg doped in the second cap layer 108b is thermally diffused toward the base layer, but is hardly mixed with Si diffused from the n-type active layer 107 because of the first cap layer 108a. Therefore, almost all Mg doped in the second cap layer 108 contributes to effective carrier generation, and more than the conventional p-type cap layer formed directly on the n-type active layer. Equivalent laser oscillation can be obtained with a small amount of Mg doping.
[0031]
The n-type impurity concentration of the layer made of a gallium nitride compound semiconductor to which an n-type impurity closest to the first cap layer is added among the active layers is 5.0 × 10.17~ 1.0 × 1019cm-3It is preferable that
[0032]
Hereinafter, the details of the structure of the nitride semiconductor laser shown in FIG. 1 will be described. As the substrate 101, GaN is preferably used, but a different kind of substrate different from the nitride semiconductor may be used. Examples of the heterogeneous substrate include sapphire and spinel (MgA1) whose main surface is any one of the C-plane, R-plane, and A-plane.2OFourIt is possible to grow a nitride semiconductor such as an insulating substrate such as SiC (including 6H, 4H, 3C), ZnS, ZnO, GaAs, Si, and an oxide substrate lattice-matched with a nitride semiconductor. A substrate material different from that of a nitride semiconductor can be used. Preferable heterogeneous substrates include sapphire and spinel. Further, the heterogeneous substrate may be off-angle, and in this case, it is preferable to use a step-off-angle substrate because the underlying layer made of gallium nitride grows with good crystallinity. Further, when a heterogeneous substrate is used, a nitride semiconductor as a base layer before forming the element structure is grown on the heterogeneous substrate, and then the heterogeneous substrate is removed by a method such as polishing to obtain a single substrate of the nitride semiconductor An element structure may be formed, or a method of removing the heterogeneous substrate after the element structure is formed may be used.
[0033]
In the case of using a heterogeneous substrate, if the element structure is formed through a base layer made of a buffer layer (low temperature growth layer) and a nitride semiconductor (preferably GaN), the growth of the nitride semiconductor becomes good. In addition, when a nitride semiconductor grown by ELOG (Epitaxially Laterally Overgrowth) is used as a base layer (growth substrate) provided on a different substrate, a growth substrate having good crystallinity can be obtained. As a specific example of the ELOG growth layer, a nitride semiconductor layer is grown on a heterogeneous substrate, a mask region formed by providing a protective film on which the nitride semiconductor growth is difficult, and a nitride semiconductor are formed. A non-mask region to be grown is provided in a stripe shape, and a nitride semiconductor is grown from the non-mask region, so that the growth in the lateral direction is achieved in addition to the growth in the film thickness direction. There is also a layer formed by growing a nitride semiconductor. In another form, the nitride semiconductor layer grown on the different kind of substrate may be provided with an opening, and the film may be formed by lateral growth from the side of the opening.
[0034]
On the substrate 101, an n-type contact layer 103, which is an n-type nitride semiconductor layer, a crack prevention layer 104, an n-type cladding layer 105, and an n-type light guide layer 106 are formed via a buffer layer 102. . Other layers other than the n-type cladding layer 105 may be omitted depending on the element. The n-type nitride semiconductor layer needs to have a wider band gap than that of the active layer at least in a portion in contact with the active layer, and therefore, preferably has a composition containing Al. Each layer may be grown while doping with n-type impurities to be n-type, or may be grown undoped to be n-type.
[0035]
An active layer 107 is formed on the n-type nitride semiconductor layers 103 to 106. As described above, the active layer 107 is formed of In.x1Ga1- x1N well layer (0 <x1 <1) and Inx2Ga1- x2It has an MQW structure in which N barrier layers (0 ≦ x2 <1, x1> x2) are alternately and repeatedly stacked an appropriate number of times. The well layers are formed undoped, and all the barrier layers are preferably n-type impurities such as Si and Sn, preferably 1 × 10.17~ 1x1019cm-3It is formed by doping at a concentration of.
[0036]
On the active layer 107, a first cap layer 108a and a second cap layer 108b are formed. As described above, the first cap layer 108a is formed undoped, but contains an n-type impurity such as Si due to diffusion from the active layer 107 serving as a base, and is grown next. A p-type impurity such as Mg is contained by diffusion from the cap layer 108b. Therefore, the n-type impurity concentration in the first cap layer 108a is lower than that of the active layer 107, and the p-type impurity concentration in the first cap layer 108a is lower than that of the second cap layer 108b. 1017cm-3It becomes as follows.
[0037]
The second cap layer 108b is made of a p-type nitride semiconductor having an Al mixed crystal ratio higher than that of the p-type cladding layer 110, preferably Al.zGa1- zN (0.1 <z <0.5). Further, a p-type impurity such as Mg is 8 × 1018~ 2x1019cm- 3Is doped at a concentration of
[0038]
A p-type light guide layer 109, a p-type cladding layer 110, and a p-type contact layer 111 are formed on the second cap layer 108b. Other layers other than the p-type cladding layer 110 may be omitted depending on the element. These p-type nitride semiconductor layers are required to have a band gap wider than that of the active layer at least in a portion in contact with the active layer, and therefore, a composition containing Al is preferable. Each layer may be grown while doping with p-type impurities to be p-type, or p-type impurities may be diffused from other adjacent layers to be p-type.
[0039]
The first cap layer and the second cap layer are preferably formed (offset) with respect to the active layer such that the band gap energy increases as the distance from the active layer increases. That is, the first cap layer is formed of a layer having a band gap energy larger than that of the active layer (or a well layer when the active layer has a multiple quantum well structure), and the second cap layer is more than the first cap layer. The layer has a large band gap energy. With such a configuration, electrons are confined most efficiently and carrier overflow can be suppressed. As a preferable form, a layer adjacent to the first cap layer in the active layer is In.xGa1- xN layer (0 <x <1), first cap layer is GaN layer, second cap layer is AlyGa1- yN layer (0 <y <1) or a layer adjacent to the first cap layer in the active layer is InxGa1- xN layer (0 <x <1), first cap layer is GaN layer and AlyGa1- yN layer (0 <y <1) is formed in order, the second cap layer is AlzGa1- zThe N layer (y <z, 0 <z <1) may be mentioned, and these two forms are particularly good when the crystallinity is close to that of the active layer, and the lifetime of the laser element can be extended.
[0040]
The n-type nitride semiconductor layer and the p-type nitride semiconductor layer have a structure in which a light guide layer is provided, particularly in a laser device and an edge emitting device, and a structure in which a waveguide is provided by the light guide layer. It becomes. The p-side light guide layer is formed between the second cap layer and the p-side cladding layer, and is preferably formed in contact with the second cap layer. This optical guide layer has a larger band gap energy than the well layer in the active layer, and a good waveguide is provided by reducing the refractive index difference between the active layer and the optical guide layer. A superlattice structure or a single film may be formed. By forming it with a single film, the current flows more easily than in the case of using a superlattice, and VfCan be lowered. In that case, the film thickness of the single film is at least a film thickness that does not have a quantum effect, preferably a film thickness larger than any of the barrier layer, the first cap layer, and the second cap layer, more preferably It is preferable to form with a film thickness of 300 mm or more.
[0041]
Among the p-type nitride semiconductor layers, a ridge stripe is formed up to the middle of the p-type light guide layer 109. Further, the protective films 161 and 162, the p-type electrode 120, the n-type electrode 121, the p-pad electrode 122, and the n-pad An electrode 123 is formed to constitute a semiconductor laser.
[0042]
【Example】
As an example, a gallium nitride compound semiconductor laser having the structure shown in FIG. 1 will be described below. In each of Examples 1 to 7, the first cap layer is grown undoped, but the concentrations of the n-type impurity and the p-type impurity present in the first cap layer as the final laser element are as follows. 1.0 × 1017cm-3It becomes as follows.
[Example 1]
(Substrate 101)
As the substrate, a nitride semiconductor grown on a heterogeneous substrate, in this embodiment, GaN is grown as a thick film (100 μm), and then the heterogeneous substrate is removed and a nitride semiconductor substrate made of 80 μm GaN is used. A detailed method of forming the substrate is as follows. A heterogeneous substrate made of sapphire with a 2-inch φ and C-plane as the main surface is set in a MOVPE reaction vessel, and the temperature is set to 500 ° C., and trimethylgallium (TMG), ammonia (NHThree), And a buffer layer made of GaN is grown to a thickness of 200 mm, then the temperature is raised, and undoped GaN is grown to a thickness of 1.5 μm to form a base layer. Next, a plurality of striped masks are formed on the surface of the underlying layer, and a nitride semiconductor, GaN in this embodiment is selectively grown from the mask opening (window), and growth accompanied by lateral growth (ELOG) The nitride semiconductor layer formed in step 1) is further grown in a thick film, and the heterogeneous substrate, the buffer layer, and the base layer are removed to obtain a nitride semiconductor substrate. At this time, the mask during selective growth is SiO.2The mask width is 15 μm and the opening (window) width is 5 μm.
[0043]
(Buffer layer 102)
On the nitride semiconductor substrate, the temperature is set to 1015 ° C., and TMG (trimethylgallium), TMA (trimethylaluminum), and ammonia are used.0.05Ga0.95A buffer layer 102 made of N is grown to a thickness of 4 μm. This layer functions as a buffer layer between the AlGaN n-type contact layer and the nitride semiconductor substrate made of GaN.
[0044]
(N-type contact layer 103)
Next, TMG, TMA, ammonia, Si-doped Al at 1015 ° C. using TMG, TMA, ammonia, silane gas as impurity gas on the obtained buffer layer 1020.05Ga0.95An n-type contact layer 103 made of N is grown to a thickness of 4 μm.
[0045]
(Crack prevention layer 104)
Next, using TMG, TMI (trimethylindium), and ammonia, the temperature is set to 900 ° C. and In0.06Ga0.94A crack prevention layer 104 made of N is grown to a thickness of 0.15 μm. This crack prevention layer can be omitted.
[0046]
(N-type cladding layer 105)
Next, the temperature is set to 1015 ° C., TMA, TMG, and ammonia are used as source gases, and undoped Al0.05Ga0.95A layer of N is grown to a thickness of 25 mm, then TMA is stopped, silane gas is used as impurity gas, and Si is 5 × 10 518/ Cm3A B layer made of doped GaN is grown to a thickness of 25 mm. Then, this operation is repeated 200 times, and the A layer and the B layer are laminated to grow an n-type cladding layer 106 made of a multilayer film (superlattice structure) having a total film thickness of 1 μm. At this time, if the Al mixed crystal ratio of undoped AlGaN is in the range of 0.05 or more and 0.3 or less, a refractive index difference that sufficiently functions as a cladding layer can be provided.
[0047]
(N-type light guide layer 106)
Next, at the same temperature, TMG and ammonia are used as source gases, and an n-type light guide layer 106 made of undoped GaN is grown to a thickness of 0.15 μm. Further, an n-type impurity may be doped.
[0048]
(Active layer 107)
Next, the temperature is set to 900 ° C., TMI (trimethylindium), TMG, and ammonia are used as source gas, silane gas is used as impurity gas, and Si is 5 × 10 5.18/ Cm3Doped In0.05Ga0.95The barrier layer (B) made of N has a thickness of 140 mm, the silane gas is stopped, and undoped In0.1Ga0.9The well layer (W) made of N has a thickness of 40 mm, and the barrier layer (B) and the well layer (W) are (B) / (W) / (B) / (W). Laminate in the order of B). The final layer is a barrier layer. The active layer 107 has a multiple quantum well structure (MQW) with a total film thickness of about 500 mm.
[0049]
(First cap layer 108a)
Next, TMA, TMG, and ammonia are used as source gases at the same temperature, and a first cap layer 108a made of GaN is grown to a thickness of 75 mm.
[0050]
(Second cap layer 108b)
Next, the temperature is raised to 1000 ° C., TMA, TMG and ammonia are used as source gases, and Cp is used as an impurity gas.2Mg (cyclopentadienyl magnesium) is used and Mg is 7.5 × 1018/ Cm3Doped Al0.3Ga0.7A second cap layer 108b made of N is grown to a thickness of 100cm.
[0051]
(P-type light guide layer 109)
Next, the temperature is set to 1000 ° C., TMG and ammonia are used as source gases, and a p-type light guide layer 109 made of undoped GaN is grown to a thickness of 0.15 μm. The p-type light guide layer 109 is grown as undoped, but the Mg concentration is 5 × 10 5 due to diffusion of Mg from adjacent layers such as the p-type electron confinement layer 108 and the p-type cladding layer 109.16/ CmThreeAnd p-type. This layer may be intentionally doped with Mg during growth.
[0052]
(P-type cladding layer 110)
Subsequently, undoped Al at 1000 ° C.0.05Ga0.95Grow a layer of N with a thickness of 25 mm, then stop TMA, Cp2Using Mg, a layer made of Mg-doped GaN is grown to a thickness of 25 mm, and this is repeated 90 times to grow a p-type cladding layer 110 made of a superlattice layer having a total thickness of 0.45 μm. When a p-type cladding layer is made of a superlattice in which at least one nitride semiconductor layer containing Al is included and nitride semiconductor layers having different bandgap energies are stacked, impurities are heavily doped in either one of the layers. Although so-called modulation doping tends to improve the crystallinity, both may be doped in the same manner. The cladding layer 110 is a nitride semiconductor layer containing Al, preferably AlXGa1-XA superlattice structure including N (0 <X <1) is desirable, and a superlattice structure in which GaN and AlGaN are stacked is more preferable. By making the p-side cladding layer 110 a superlattice structure, the Al mixed crystal ratio of the entire cladding layer can be increased, so that the refractive index of the cladding layer itself is reduced and the band gap energy is increased. It is very effective in lowering. Furthermore, since the superlattice is used, the number of pits generated in the clad layer itself is less than that not formed in the superlattice, so that the occurrence of a short circuit is also reduced.
[0053]
(P-type contact layer 111)
Finally, at 1000 ° C., Mg is deposited on the p-type cladding layer 110 by 1 × 1020/cmThreeA p-type contact layer 111 made of doped p-type GaN is grown to a thickness of 150 mm. The p-type contact layer 111 is made of p-type InXAlYGa1-XYN (0.ltoreq.X, 0.ltoreq.Y, X + Y.ltoreq.1), preferably Mg doped GaN, provides the most preferable ohmic contact with the p-electrode 120. Since the contact layer 111 is a layer for forming an electrode, 1 × 1017/cmThreeIt is desirable to have the above high carrier concentration. 1 × 1017/cmThreeIf it is lower than that, it tends to be difficult to obtain a preferable ohmic with the electrode. Furthermore, when the composition of the contact layer is GaN, a preferable ohmic with the electrode material is easily obtained. After the completion of the reaction, the wafer is annealed in a reaction vessel at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere to further reduce the resistance of the p-type layer.
[0054]
After growing the nitride semiconductor and laminating each layer as described above, the wafer is taken out of the reaction vessel, and SiO 2 is deposited on the surface of the uppermost p-type contact layer.2A protective film is formed, and SiCl is formed using RIE (reactive ion etching).FourEtching with a gas exposes the surface of the n-type contact layer 103 where the n-electrode is to be formed, as shown in FIG. In order to etch a nitride semiconductor deeply in this way, a protective film is SiO.2Is the best.
[0055]
Next, a ridge stripe is formed as the above-described stripe-shaped waveguide region. First, a Si oxide (mainly SiO 2) is formed on almost the entire surface of the uppermost p-type contact layer (upper contact layer) by a PVD apparatus.2) Is formed to a thickness of 0.5 μm, a mask having a predetermined shape is put on the first protective film 161, and CF is performed by an RIE (reactive ion etching) apparatus.FourA first protective film 161 having a stripe width of 1.6 μm is formed by gas using a photolithography technique. At this time, the height (etching depth) of the ridge stripe is such that the p-type contact layer 111, the p-type cladding layer 109, and a part of the p-type light guide layer 110 are etched to form a film of the p-type light guide layer 109. It is formed by etching to a depth at which the thickness becomes 0.1 μm.
[0056]
Next, after forming the ridge stripe, a Zr oxide (mainly ZrO) is formed on the first protective film 161.2The second protective film 162 is formed continuously on the first protective film 161 and on the p-type light guide layer 109 exposed by etching with a thickness of 0.5 μm.
[0057]
After the formation of the second protective film 162, the wafer is heat-treated at 600 ° C. In this way SiO2When a material other than the above is formed as the second protective film, by performing a heat treatment at 300 ° C. or higher, preferably 400 ° C. or higher and below the decomposition temperature of the nitride semiconductor (1200 ° C.) after the second protective film is formed, Since the second protective film is difficult to dissolve in the dissolving material (hydrofluoric acid) of the first protective film, it is more desirable to add this step.
[0058]
Next, the wafer is immersed in hydrofluoric acid, and the first protective film 161 is removed by a lift-off method. As a result, the first protective film 161 provided on the p-type contact layer 111 is removed, and the p-type contact layer is exposed. As described above, as shown in FIG. 1, the second protective film 162 is formed on the side surface of the ridge stripe and the plane continuous therewith (exposed surface of the p-type light guide layer 109).
[0059]
Thus, after the first protective film 161 provided on the p-type contact layer 112 is removed, the exposed surface of the p-type contact layer 111 is made of Ni / Au as shown in FIG. A p-electrode 120 is formed. However, the p-electrode 120 has a stripe width of 100 μm and is formed over the second protective film 162 as shown in FIG. After the formation of the second protective film 162, a striped n-electrode 121 made of Ti / Al is formed in a direction parallel to the stripe on the surface of the n-type contact layer 103 that has already been exposed.
[0060]
Next, in order to form an n-electrode, the p and n-electrodes are etched and exposed on the exposed surface, and a desired region is masked to provide a take-out electrode.2And TiO2After providing the dielectric multilayer film 164 formed, the take-out (pad) electrodes 122 and 123 made of Ni—Ti—Au (1000 to 1000 to 8000) were provided on the p and n electrodes, respectively. At this time, the width of the active layer 107 is 200 μm (width in the direction perpendicular to the resonator direction), and SiO 2 is also formed on the resonator surface (reflection surface side).2And TiO2A dielectric multilayer film is provided.
[0061]
After forming the n-electrode and the p-electrode as described above, a bar is formed on the nitride semiconductor M-plane (GaN M-plane, (1 1-0 0), etc.) in a direction perpendicular to the stripe-shaped electrode. Then, a bar-shaped wafer is further divided to obtain a laser element. At this time, the resonator length is 650 μm.
[0062]
Threshold value 2.8 kA / cm at room temperature2Thus, a continuous wave laser element with an oscillation wavelength of 405 nm can be obtained at an output of 5 to 30 mW. The lifetime of the laser element is about 2000 hours at 60 ° C. and 5 mW continuous oscillation, and the characteristic temperature is improved compared to the comparative example described later.
[0063]
[Example 2]
A nitride gallium compound semiconductor laser is fabricated in the same manner as in Example 1 except for the first cap layer 108a. The first cap layer 108a is grown at a temperature of 900 ° C. using TMA, TMG and ammonia as source gases as undoped Al0.3Ga0.7N with a film thickness of about 35 mm. This gallium nitride-based compound semiconductor laser also exhibits the same life and characteristic temperature as in Example 1.
[0064]
[Example 3]
A nitride gallium compound semiconductor laser is fabricated in the same manner as in Example 1 except for the first cap layer 108a. The temperature of the first cap layer 108a is set to 900 ° C., TMI (trimethylindium), TMG, and ammonia are used as source gases, and undoped In0.05Ga0.95N is grown with a film thickness of about 100 mm. This gallium nitride-based compound semiconductor laser also exhibits the same life and characteristic temperature as in Example 1.
[0065]
[Example 4]
A nitride gallium compound semiconductor laser is fabricated in the same manner as in Example 3 except that the final layer of the active layer 107 is a well layer having a thickness of about 40 mm and the thickness of the first cap layer 108a is about 60 mm. This gallium nitride-based compound semiconductor laser also exhibits the same life and characteristic temperature as in Example 1.
[0066]
[Example 5]
A gallium nitride-based compound semiconductor laser is fabricated in the same manner as in Example 1 except that the active layer 107, the first cap layer 108a, and the second cap layer 108b are grown as follows.
(Active layer 107)
Next, the temperature is set to 900 ° C., TMI (trimethylindium), TMG, and ammonia are used as source gas, silane gas is used as impurity gas, and Si is 5 × 10 5.18/ Cm3Doped In0.05Ga0.95The barrier layer (B) made of N has a thickness of 140 mm, the silane gas is stopped, and undoped In0.1Ga0.9The well layer (W) made of N has a thickness of 70 mm, and the barrier layer (B) and the well layer (W) are (B) / (W) / (B) / (W). Laminate in the order of B). The final layer is a barrier layer, and only the final layer has a Si doping amount of 1 × 1018/ Cm3And The active layer 107 has a multiple quantum well structure (MQW) with a total film thickness of 560 mm.
[0067]
(First cap layer 108a)
Next, at the same temperature, TMA, TMG and ammonia are used as source gases, and Al0.15Ga0.85A first cap layer 108a made of N is grown to a thickness of 30 mm.
[0068]
(Second cap layer 108b)
Next, the temperature is raised to 1000 ° C., TMA, TMG and ammonia are used as source gases, and Cp is used as an impurity gas.2Mg (cyclopentadienyl magnesium) is used and Mg is 7.5 × 1018/ Cm3Doped Al0.25Ga0.75A second cap layer 108b made of N is grown to a thickness of 70 mm.
The laser element thus obtained has a threshold value of 2.8 kA / cm at room temperature.2Thus, a continuous wave laser element with an oscillation wavelength of 405 nm can be obtained at an output of 5 to 30 mW. The element lifetime of the laser element is about 3500 hours at 60 ° C. and 5 mW continuous oscillation, and the characteristic temperature is improved compared to the comparative example described later.
[0069]
[Example 6]
A gallium nitride-based compound semiconductor laser is fabricated in the same manner as in Example 5 except that the first cap layer 108a and the second cap layer 108b are grown as follows.
[0070]
(First cap layer 108a)
At 900 ° C., TMA, TMG, and ammonia are used as source gases, and a first cap layer 108a made of GaN is grown to a thickness of 30 mm.
[0071]
(Second cap layer 108b)
Next, the temperature is raised to 1000 ° C., TMA, TMG and ammonia are used as source gases, and Cp is used as an impurity gas.2Mg (cyclopentadienyl magnesium) is used and Mg is 7.5 × 1018/ Cm3Doped Al0.25Ga0.75A second cap layer 108b made of N is grown to a thickness of 100cm.
The laser element thus obtained has a threshold value of 2.8 kA / cm at room temperature.2Thus, a continuous wave laser element with an oscillation wavelength of 405 nm can be obtained at an output of 5 to 30 mW. The lifetime of the laser element is about 3000 hours at 60 ° C. and 5 mW continuous oscillation, and the characteristic temperature is improved compared to the comparative example described later.
[0072]
[Example 7]
A gallium nitride-based compound semiconductor laser is fabricated in the same manner as in Example 1 except that the active layer 107, the first cap layer 108a, and the second cap layer 108b are grown as follows.
(Active layer 107)
Next, the temperature is set to 900 ° C., TMI (trimethylindium), TMG, and ammonia are used as source gas, silane gas is used as impurity gas, and Si is 5 × 10 5.18/ Cm3Doped In0.05Ga0.95The barrier layer (B) made of N has a thickness of 140 mm, the silane gas is stopped, and undoped In0.1Ga0.9The well layer (W) made of N has a thickness of 70 mm. The barrier layer (B) and the well layer (W) are (B) / (W) / (B) / (W). Laminate in the order of B). The final layer is a barrier layer, and the Si doping amount is 1 × 1018/ Cm3In0.05Ga0.95N layer (thickness is 100 mm), undoped In0.05Ga0.95It is assumed that two layers of N (thickness: 50 mm) are sequentially stacked. The active layer 107 has a multiple quantum well structure (MQW) with a total film thickness of 570 mm.
[0073]
(First cap layer 108a)
Next, at the same temperature, TMA, TMG and ammonia are used as source gases, and Al0.15Ga0.85A first cap layer 108a made of N is grown to a thickness of 30 mm.
[0074]
(Second cap layer 108b)
Next, the temperature is raised to 1000 ° C., TMA, TMG and ammonia are used as source gases, and Cp is used as an impurity gas.2Mg (cyclopentadienyl magnesium) is used and Mg is 7.5 × 1018/ Cm3Doped Al0.25Ga0.75A second cap layer 108b made of N is grown to a thickness of 70 mm.
The laser element thus obtained has a threshold value of 2.8 kA / cm at room temperature.2Thus, a continuous wave laser element with an oscillation wavelength of 405 nm can be obtained at an output of 5 to 30 mW. The lifetime of the laser element is about 2800 hours at 60 ° C. and 5 mW continuous oscillation, and the characteristic temperature is improved compared to the comparative example described later.
[0075]
[Modification 1]
Next, as a modification, the active layer 107, the first cap layer 108a, and the second cap layer 108b are grown as follows. Otherwise, the gallium nitride compound semiconductor laser is fabricated in the same manner as in Example 1.
(Active layer 107)
Next, the temperature is set to 900 ° C., TMI (trimethylindium), TMG, and ammonia are used as source gas, silane gas is used as impurity gas, and Si is 5 × 10 5.18/ Cm3Doped In0.05Ga0.95The barrier layer (B) made of N has a thickness of 140 mm, the silane gas is stopped, and undoped In0.1Ga0.9The well layer (W) made of N has a thickness of 70 mm, and the barrier layer (B) and the well layer (W) are (B) / (W) / (B) / (W). Laminate in the order of B). The final layer is a barrier layer, and only the final layer is undoped. The active layer 107 has a multiple quantum well structure (MQW) with a total film thickness of 560 mm.
[0076]
(First cap layer 108a)
Next, TMA, TMG and ammonia are used as source gases at the same temperature, and a first cap layer 108a made of GaN is grown to a thickness of 30 mm.
[0077]
(Second cap layer 108b)
Next, the temperature is raised to 1000 ° C., TMA, TMG and ammonia are used as source gases, and Cp is used as an impurity gas.2Mg (cyclopentadienyl magnesium) is used and Mg is 7.5 × 1018/ Cm3Doped Al0.25Ga0.75A second cap layer 108b made of N is grown to a thickness of 70 mm.
In this laser element, the layer made of a gallium nitride compound semiconductor to which the n-type impurity closest to the first cap layer 108a is added is an Si-doped barrier layer with an undoped barrier layer and an undoped well layer interposed therebetween. Thus, the total film thickness of the undoped layer between the layer added with the n-type impurity and the layer added with the p-type impurity is 240 mm.
The laser device thus obtained has a shorter life than all the examples, but has a longer life than the first to third comparative examples.
[0078]
[Comparative Example 1]
A gallium nitride-based compound semiconductor laser is fabricated in the same manner as in Example 1 except that the second cap layer 108b is formed directly on the active layer 107 without forming the first cap layer 108a. Threshold value 4.0 kA / cm at room temperature2Thus, a continuous wave laser element with an oscillation wavelength of 405 nm can be obtained at an output of 5 to 30 mW. The element lifetime of the laser element is about 1000 hours at 60 ° C. and 5 mW continuous oscillation, and the characteristic temperature is about 200K.
[0079]
[Comparative Example 2]
A gallium nitride compound semiconductor laser is fabricated in the same manner as in Example 1 except that the second cap layer 108b is formed directly on the active layer 107 as follows without forming the first cap layer 108a. Make it.
(Second cap layer 108b)
[0080]
Next, the temperature is raised to 1000 ° C., TMA, TMG, and ammonia are used as the source gas, Cp 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) is used as the impurity gas, and Mg is 1.0 × 10 6.19/ Cm3Doped Al0.3Ga0.7A second cap layer 108b made of N is grown to a thickness of 100cm.
Threshold value 2.8 kA / cm at room temperature2Thus, a continuous wave laser element with an oscillation wavelength of 405 nm can be obtained at an output of 5 to 30 mW. The lifetime of the laser element is about 1000 hours at 60 ° C. and 5 mW continuous oscillation, and the characteristic temperature is about 200K.
[0081]
[Comparative Example 3]
A gallium nitride compound semiconductor laser is fabricated in the same manner as in Example 1 except that the first cap layer 108a and the second cap layer 108b are grown as follows.
[0082]
(First cap layer 108a)
At 900 ° C., TMA, TMG and ammonia are used as source gases, and Cp as impurity gas2Mg (cyclopentadienyl magnesium) is used and Mg is 1.0 × 1019/ Cm3A first cap layer 108a made of doped GaN is grown to a thickness of 30 mm.
[0083]
(Second cap layer 108b)
Next, the temperature is raised to 1000 ° C., TMA, TMG and ammonia are used as source gases, and Cp is used as an impurity gas.2Mg (cyclopentadienyl magnesium) is used and Mg is 7.5 × 1018/ Cm3Doped Al0.25Ga0.75A second cap layer 108b made of N is grown to a thickness of 100cm.
[0084]
The laser element obtained thereby has a shorter life because the p-type impurity in the first cap layer is larger than that in the second cap layer, and the lifetime becomes about 800 hours at 60 ° C. and 5 mW continuous oscillation. Since the p-type impurity of the layer is less than that of the first cap layer, V is lower than that of Example 1.fBecomes higher.
[0085]
【The invention's effect】
According to the present invention, the p-type cap layer formed on the active layer containing In includes the first cap layer having a low impurity concentration (preferably non-doped) and the second cap layer doped with the p-type impurity. 2 can suppress the compensation of donors and acceptors that occur near the interface between the active layer and the p-type cap layer, thereby reducing the p-type impurity concentration of the p-type cap layer and increasing the lifetime and temperature. A gallium nitride-based compound semiconductor element having excellent characteristics can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an embodiment of the present invention.
FIGS. 2 (a) and 2 (b) show an active layer and a p-type cap layer of a gallium nitride-based compound semiconductor device according to the prior art (FIG. 2 (a)) and the present invention (FIG. 2 (b)). It is a schematic diagram which shows the mode of the interface vicinity.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional gallium nitride compound semiconductor device.
[Brief description of symbols]
101 substrate (GaN substrate),
102 buffer layer,
103 n-type contact layer,
104 crack prevention layer,
105 n-type cladding layer,
106 n-type light guide layer,
107 active layer,
108a the first cap layer,
108b the second cap layer;
109 p-type light guide layer,
110 p-type cladding layer,
111 p-type contact layer.

Claims (17)

Inを含みn型不純物をドープしたn型窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層と、Alを含みp型不純物をドープしたp型窒化ガリウム系化合物半導体から成るp型クラッド層とを有する窒化ガリウム系化合物半導体素子において、前記活性層と前記p型クラッド層との間に、
窒化ガリウム系化合物半導体から成る第1のキャップ層と、
Alを含みp型不純物をドープしたp型窒化ガリウム系化合物半導体から成る第2のキャップ層とを積層し、
前記第1のキャップ層は、前記活性層よりも低濃度のn型不純物と前記第2のキャップ層よりも低濃度のp型不純物とを含み、
前記第1のキャップ層のn型不純物濃度は、活性層に近い側で高く、前記第2のキャップ層に近い側で低くなるように活性層から離れるに従って減少しており、前記第1のキャップ層のp型不純物濃度は、前記第2のキャップ層に近い側で高く、前記活性層に近い側で低くなるように第2キャップ層から離れるに従って減少していることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体素子。
A gallium nitride system having an active layer made of an n-type gallium nitride compound semiconductor doped with n-type impurities and containing p, and a p-type cladding layer made of a p-type gallium nitride compound semiconductor doped with p-type impurities and containing Al In the compound semiconductor device, between the active layer and the p-type cladding layer,
A first cap layer made of a gallium nitride compound semiconductor;
Laminating a second cap layer made of a p-type gallium nitride compound semiconductor containing Al and doped with a p-type impurity;
The first cap layer includes an n-type impurity having a lower concentration than the active layer and a p-type impurity having a lower concentration than the second cap layer,
The n-type impurity concentration of the first cap layer decreases as the distance from the active layer increases so as to be higher on the side closer to the active layer and lower on the side closer to the second cap layer. The p-type impurity concentration of the layer is high on the side close to the second cap layer, and decreases with increasing distance from the second cap layer so as to be low on the side close to the active layer. Compound semiconductor device.
前記第1のキャップ層は、前記活性層に接して形成され、さらに前記第2のキャップ層は、第1のキャップ層に接して形成されていることを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。  2. The nitridation according to claim 1, wherein the first cap layer is formed in contact with the active layer, and the second cap layer is formed in contact with the first cap layer. Gallium compound semiconductor device. 前記第1のキャップ層におけるn型不純物及びp型不純物の濃度が1.0×1017cm−3以下であり、前記第2のキャップ層におけるp型不純物の濃度が8.0×1018〜2.0×1019cm−3であることを特徴とする請求項1又は2に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。The concentration of n-type impurities and p-type impurities in the first cap layer is 1.0 × 10 17 cm −3 or less, and the concentration of p-type impurities in the second cap layer is 8.0 × 10 18 to. The gallium nitride compound semiconductor device according to claim 1, wherein the gallium nitride compound semiconductor device is 2.0 × 10 19 cm −3 . 前記第1のキャップ層が、GaN層、InGa1- N層(0<x<1)、及びAlGa1- N層(0<y<1)から成る群から選択された1層又はこれらの積層体から成ることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。The first cap layer is selected from the group consisting of a GaN layer, an In x Ga 1- x N layer (0 <x <1), and an Al y Ga 1- y N layer (0 <y <1). The gallium nitride-based compound semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the gallium nitride-based compound semiconductor device comprises one layer or a laminate thereof. 前記第1のキャップ層がGaN層から成り、膜厚が15〜100Åであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。  5. The gallium nitride-based compound semiconductor device according to claim 1, wherein the first cap layer is made of a GaN layer and has a thickness of 15 to 100 mm. 前記第1のキャップ層がInGa1- N層(0<x<1)から成り、膜厚が15〜150Åであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。The first cap layer is made of In x Ga 1- x N layer (0 <x <1), according to any one of claims 1 to 4, wherein the film thickness is 15~150Å Gallium nitride compound semiconductor device. 前記第1のキャップ層がAlGa1- N層(0<y<1)から成り、膜厚が15〜50Åであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。5. The device according to claim 1, wherein the first cap layer is made of an Al y Ga 1- y N layer (0 <y <1) and has a thickness of 15 to 50 mm. 6. Gallium nitride compound semiconductor device. 前記第2のキャップ層の膜厚が、15〜500Åであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。  8. The gallium nitride-based compound semiconductor device according to claim 1, wherein a film thickness of the second cap layer is 15 to 500 mm. 9. 前記活性層が、Inを含む窒化ガリウム系化合物半導体から成る井戸層と、n型不純物を添加した窒化ガリウム系化合物半導体から成る障壁層を交互に積層してなり、前記第1のキャップ層が前記障壁層よりも低濃度のn型不純物を含むことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。  The active layer is formed by alternately laminating a well layer made of a gallium nitride compound semiconductor containing In and a barrier layer made of a gallium nitride compound semiconductor to which an n-type impurity is added, and the first cap layer The gallium nitride-based compound semiconductor device according to claim 1, comprising an n-type impurity at a lower concentration than the barrier layer. 前記活性層のうち最も第1のキャップ層に近いn型不純物を添加した窒化ガリウム系化合物半導体からなる層のn型不純物濃度は5.0×1017〜1.0×1019cm−3であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。Among the active layers, the n-type impurity concentration of a layer made of a gallium nitride compound semiconductor to which an n-type impurity closest to the first cap layer is added is 5.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 . The gallium nitride compound semiconductor device according to claim 1, wherein the gallium nitride compound semiconductor device is provided. Inを含みn型不純物をドープしたn型窒化ガリウム系化合物半導体から成る活性層と、Alを含みp型不純物をドープしたp型窒化ガリウム系化合物半導体から成るp型クラッド層とを有する窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方法であって、
前記活性層と前記p型クラッド層との間に、前記活性層よりも低濃度のn型不純物と前記p型クラッド層よりも低濃度のp型不純物とを含む窒化ガリウム系化合物半導体から成る第1のキャップ層と、Alを含みp型不純物をドープしたp型窒化ガリウム系化合物半導体から成る第2のキャップ層とを積層し、
前記第1のキャップ層の膜厚を、前記活性層にドープされたn型不純物が前記第1のキャップ層中で示す熱拡散長と前記第2のキャップ層にドープされたp型不純物が前記第1のキャップ層中で示す熱拡散長との合計長以下にすることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方法。
A gallium nitride system having an active layer made of an n-type gallium nitride compound semiconductor doped with n-type impurities and containing p, and a p-type cladding layer made of a p-type gallium nitride compound semiconductor doped with p-type impurities and containing Al A method for producing a compound semiconductor device, comprising:
A gallium nitride-based compound semiconductor comprising an n-type impurity at a lower concentration than the active layer and a p-type impurity at a lower concentration than the p-type cladding layer between the active layer and the p-type cladding layer. A first cap layer and a second cap layer made of a p-type gallium nitride compound semiconductor doped with p-type impurities and including Al,
The film thickness of the first cap layer is determined by the thermal diffusion length of the n-type impurity doped in the active layer in the first cap layer and the p-type impurity doped in the second cap layer. A method for producing a gallium nitride-based compound semiconductor device, wherein the total length is equal to or less than a total length of the thermal diffusion length shown in the first cap layer.
前記第1のキャップ層におけるn型不純物及びp型不純物の濃度を1.0×1017cm−3以下とし、前記第2のキャップ層におけるp型不純物の濃度を8.0×1018〜2.0×1019cm−3とすることを特徴とする請求項11に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方法。The concentration of the n-type impurity and the p-type impurity in the first cap layer is 1.0 × 10 17 cm −3 or less, and the concentration of the p-type impurity in the second cap layer is 8.0 × 10 18 to 2. The method for manufacturing a gallium nitride compound semiconductor device according to claim 11, wherein the manufacturing method is 0.0 × 10 19 cm −3 . 前記第1のキャップ層をGaN層とし、該膜厚を15〜100Åとすることを特徴とする請求項11又は12に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方法。  13. The method of manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor device according to claim 11, wherein the first cap layer is a GaN layer and has a thickness of 15 to 100 mm. 前記第1のキャップ層をInGa1- N層(0<x<1)とし、該膜厚を15〜150Åとすることを特徴とする請求項11又は12に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方法。13. The gallium nitride compound according to claim 11, wherein the first cap layer is an In x Ga 1- x N layer (0 <x <1), and the film thickness is 15 to 150 mm. A method for manufacturing a semiconductor device. 前記第1のキャップ層をAlGa1- N層(0<y<1)とし、該膜厚を15〜50Åとすることを特徴とする請求項11又は12に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方法。13. The gallium nitride compound according to claim 11, wherein the first cap layer is an Al y Ga 1- y N layer (0 <y <1), and the film thickness is 15 to 50 mm. A method for manufacturing a semiconductor device. 前記第2のキャップ層の膜厚を15〜500Åとすることを特徴とする請求項11乃至15のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方法。  The method of manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor device according to any one of claims 11 to 15, wherein the thickness of the second cap layer is 15 to 500 mm. 前記活性層のうち最も第1のキャップ層に近いn型不純物を添加した窒化ガリウム系化合物半導体からなる層のn型不純物濃度を5.0×1017〜1.0×1019cm−3とすることを特徴とする請求項11乃至16のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子の製造方法。The n-type impurity concentration of a layer made of a gallium nitride compound semiconductor to which an n-type impurity closest to the first cap layer is added among the active layers is 5.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 . The method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor device according to any one of claims 11 to 16, wherein:
JP2002109309A 2001-04-12 2002-04-11 Gallium nitride compound semiconductor device and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP4032803B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002109309A JP4032803B2 (en) 2001-04-12 2002-04-11 Gallium nitride compound semiconductor device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001114025 2001-04-12
JP2001-114025 2001-04-12
JP2002109309A JP4032803B2 (en) 2001-04-12 2002-04-11 Gallium nitride compound semiconductor device and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002374043A JP2002374043A (en) 2002-12-26
JP4032803B2 true JP4032803B2 (en) 2008-01-16

Family

ID=18965167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002109309A Expired - Fee Related JP4032803B2 (en) 2001-04-12 2002-04-11 Gallium nitride compound semiconductor device and manufacturing method thereof

Country Status (9)

Country Link
US (1) US7230263B2 (en)
EP (1) EP1387453B1 (en)
JP (1) JP4032803B2 (en)
KR (1) KR100902109B1 (en)
CN (1) CN1252883C (en)
AT (1) ATE448589T1 (en)
CA (1) CA2444273C (en)
DE (1) DE60234330D1 (en)
WO (1) WO2002084831A1 (en)

Families Citing this family (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7692182B2 (en) 2001-05-30 2010-04-06 Cree, Inc. Group III nitride based quantum well light emitting device structures with an indium containing capping structure
US6958497B2 (en) 2001-05-30 2005-10-25 Cree, Inc. Group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures
TWI303909B (en) * 2002-11-25 2008-12-01 Nichia Corp Ridge waveguide semiconductor laser diode
JP4337520B2 (en) * 2002-11-25 2009-09-30 日亜化学工業株式会社 Ridge waveguide semiconductor laser
JP4500516B2 (en) * 2002-12-13 2010-07-14 三菱電機株式会社 Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP2004311658A (en) * 2003-04-04 2004-11-04 Sharp Corp Nitride semiconductor laser element, its manufacturing method and optical device using the same
JP2005203520A (en) 2004-01-14 2005-07-28 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor light emitting element
JP5028640B2 (en) * 2004-03-26 2012-09-19 日亜化学工業株式会社 Nitride semiconductor laser device
JP2006013463A (en) * 2004-05-21 2006-01-12 Showa Denko Kk Group iii nitride semiconductor light emitting element
JP2007158132A (en) * 2005-12-06 2007-06-21 Toyoda Gosei Co Ltd Group iii nitride-based compound semiconductor element and manufacturing method thereof
US20070045638A1 (en) 2005-08-24 2007-03-01 Lumileds Lighting U.S., Llc III-nitride light emitting device with double heterostructure light emitting region
JP2007066981A (en) 2005-08-29 2007-03-15 Toshiba Corp Semiconductor device
JP4905125B2 (en) * 2006-01-26 2012-03-28 日亜化学工業株式会社 Nitride semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP4462251B2 (en) * 2006-08-17 2010-05-12 日立電線株式会社 III-V nitride semiconductor substrate and III-V nitride light emitting device
JP2008263023A (en) * 2007-04-11 2008-10-30 Sumitomo Electric Ind Ltd Manufacturing method of group iii-v compound semiconductor, schottky barrier diode, light-emitting diode, laser diode and manufacturing method of these
JP4341702B2 (en) 2007-06-21 2009-10-07 住友電気工業株式会社 Group III nitride semiconductor light emitting device
JP4478175B2 (en) * 2007-06-26 2010-06-09 株式会社東芝 Semiconductor device
JP2009218235A (en) * 2008-03-06 2009-09-24 Rohm Co Ltd Light emitting diode
JP5191843B2 (en) * 2008-09-09 2013-05-08 株式会社東芝 Semiconductor light emitting device and wafer
JP5319397B2 (en) * 2009-05-27 2013-10-16 シャープ株式会社 Semiconductor laser device
JP2011023398A (en) * 2009-07-13 2011-02-03 Sharp Corp Semiconductor light-emitting element
US8604461B2 (en) 2009-12-16 2013-12-10 Cree, Inc. Semiconductor device structures with modulated doping and related methods
US8536615B1 (en) 2009-12-16 2013-09-17 Cree, Inc. Semiconductor device structures with modulated and delta doping and related methods
KR101408610B1 (en) * 2009-12-21 2014-06-17 가부시끼가이샤 도시바 Nitride semiconductor light-emitting element and method for manufacturing same
JP5793292B2 (en) * 2010-02-17 2015-10-14 豊田合成株式会社 Semiconductor light emitting device
JP2011233751A (en) * 2010-04-28 2011-11-17 Panasonic Corp Nitride semiconductor transistor
JP2011238678A (en) * 2010-05-07 2011-11-24 Panasonic Corp Semiconductor light-emitting device
KR20120045919A (en) * 2010-11-01 2012-05-09 삼성엘이디 주식회사 Semiconductor light emitting device
US8653542B2 (en) * 2011-01-13 2014-02-18 Tsmc Solid State Lighting Ltd. Micro-interconnects for light-emitting diodes
JP5255106B2 (en) * 2011-10-24 2013-08-07 住友電気工業株式会社 Nitride semiconductor light emitting device
WO2014206429A1 (en) 2013-06-28 2014-12-31 Festo Ag & Co. Kg Linear drive and method for the production thereof
CN103824913B (en) * 2014-03-12 2016-08-24 合肥彩虹蓝光科技有限公司 A kind of Mg doped p-type GaN epitaxy growing method
US9873170B2 (en) * 2015-03-24 2018-01-23 Nichia Corporation Method of manufacturing light emitting element
DE102016112294A1 (en) * 2016-07-05 2018-01-11 Osram Opto Semiconductors Gmbh Semiconductor layer sequence
JP6669144B2 (en) * 2016-12-16 2020-03-18 日亜化学工業株式会社 Light emitting device manufacturing method
US11228160B2 (en) * 2018-11-15 2022-01-18 Sharp Kabushiki Kaisha AlGaInPAs-based semiconductor laser device and method for producing same
CN113594028A (en) * 2021-07-27 2021-11-02 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 Gallium nitride p-type doping method, manufacturing method of GaN-based PN junction and application of GaN-based PN junction

Family Cites Families (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3105981B2 (en) 1992-01-28 2000-11-06 シャープ株式会社 Semiconductor light emitting device
US5578839A (en) * 1992-11-20 1996-11-26 Nichia Chemical Industries, Ltd. Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device
US5656832A (en) * 1994-03-09 1997-08-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor heterojunction device with ALN buffer layer of 3nm-10nm average film thickness
JPH08111558A (en) 1994-10-07 1996-04-30 Hitachi Ltd Semiconductor laser element
US5777350A (en) * 1994-12-02 1998-07-07 Nichia Chemical Industries, Ltd. Nitride semiconductor light-emitting device
JPH0936423A (en) 1995-07-24 1997-02-07 Toyoda Gosei Co Ltd Group iii nitride semiconductor light emitting element
DE69637304T2 (en) * 1995-03-17 2008-08-07 Toyoda Gosei Co., Ltd. A semiconductor light-emitting device consisting of a III-V nitride compound
JPH08293623A (en) 1995-04-21 1996-11-05 Rohm Co Ltd Method of manufacturing light emitting diode
JP3728332B2 (en) 1995-04-24 2005-12-21 シャープ株式会社 Compound semiconductor light emitting device
DE69602141T2 (en) 1995-08-28 1999-10-21 Mitsubishi Cable Ind Ltd Group III nitride compound light emitting device
JPH09129926A (en) 1995-08-28 1997-05-16 Mitsubishi Cable Ind Ltd Group iii nitride light emitting element
JP3457468B2 (en) * 1995-09-12 2003-10-20 株式会社東芝 Multilayer semiconductor device
KR100267839B1 (en) * 1995-11-06 2000-10-16 오가와 에이지 Nitride semiconductor device
JP3409958B2 (en) * 1995-12-15 2003-05-26 株式会社東芝 Semiconductor light emitting device
JP3441329B2 (en) 1996-02-26 2003-09-02 株式会社東芝 Gallium nitride based semiconductor device
JP3336855B2 (en) * 1996-03-27 2002-10-21 豊田合成株式会社 Group III nitride compound semiconductor light emitting device
JP3448450B2 (en) 1996-04-26 2003-09-22 三洋電機株式会社 Light emitting device and method for manufacturing the same
JP3753793B2 (en) 1996-06-14 2006-03-08 豊田合成株式会社 Group 3 nitride compound semiconductor light emitting device
JPH1012922A (en) 1996-06-19 1998-01-16 Toyoda Gosei Co Ltd Group iii nitride semiconductor light emitting element
JPH1012969A (en) * 1996-06-19 1998-01-16 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor laser element
US5841802A (en) * 1996-08-30 1998-11-24 Mcdonnell Douglas Corporation Multiple, isolated strained quantum well semiconductor laser
US6031858A (en) * 1996-09-09 2000-02-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor laser and method of fabricating same
JPH10163523A (en) 1996-12-03 1998-06-19 Sumitomo Chem Co Ltd Manufacturing iii-v compd. semiconductor and light-emitting element
CN100485984C (en) * 1997-01-09 2009-05-06 日亚化学工业株式会社 Nitride semiconductor device
JPH10242565A (en) * 1997-02-21 1998-09-11 Pioneer Electron Corp Semiconductor laser
JPH10294531A (en) * 1997-02-21 1998-11-04 Toshiba Corp Nitride compound semiconductor light emitting element
SG63757A1 (en) 1997-03-12 1999-03-30 Hewlett Packard Co Adding impurities to improve the efficiency of allngan quantum well led's
JP3239812B2 (en) 1997-08-07 2001-12-17 日本電気株式会社 Crystal growth method of gallium nitride based semiconductor layer including InGaN layer, gallium nitride based light emitting device and method of manufacturing the same
JP3783411B2 (en) * 1997-08-15 2006-06-07 富士ゼロックス株式会社 Surface emitting semiconductor laser
JPH1168158A (en) * 1997-08-20 1999-03-09 Sanyo Electric Co Ltd Gallium nitride based compound semiconductor device
JP3429446B2 (en) 1998-03-19 2003-07-22 シャープ株式会社 Semiconductor light emitting device
JPH11251685A (en) * 1998-03-05 1999-09-17 Toshiba Corp Semiconductor laser
JPH11298090A (en) 1998-04-09 1999-10-29 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor element
JPH11340559A (en) 1998-05-22 1999-12-10 Hitachi Ltd Semiconductor light-emitting element
US6423984B1 (en) * 1998-09-10 2002-07-23 Toyoda Gosei Co., Ltd. Light-emitting semiconductor device using gallium nitride compound semiconductor
JP3712870B2 (en) 1998-09-10 2005-11-02 豊田合成株式会社 Gallium nitride compound semiconductor light emitting device
JP2000156544A (en) * 1998-09-17 2000-06-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacture of nitride semiconductor element
US6153894A (en) * 1998-11-12 2000-11-28 Showa Denko Kabushiki Kaisha Group-III nitride semiconductor light-emitting device
JP2000208814A (en) 1998-11-12 2000-07-28 Sharp Corp Semiconductor light-emitting element
JP2000208875A (en) 1999-01-14 2000-07-28 Fujitsu Ltd Multiplex quantum well structure semiconductor light- emitting element
JP3446660B2 (en) * 1999-06-04 2003-09-16 日亜化学工業株式会社 Nitride semiconductor light emitting device
DE60043536D1 (en) * 1999-03-04 2010-01-28 Nichia Corp NITRIDHALBLEITERLASERELEMENT
JP3754226B2 (en) * 1999-03-25 2006-03-08 三洋電機株式会社 Semiconductor light emitting device
JP3567790B2 (en) 1999-03-31 2004-09-22 豊田合成株式会社 Group III nitride compound semiconductor light emitting device
JP3719047B2 (en) 1999-06-07 2005-11-24 日亜化学工業株式会社 Nitride semiconductor device
JP2000349377A (en) 1999-06-08 2000-12-15 Shimadzu Corp Ld stimulated solid-state laser
JP4625998B2 (en) 1999-07-27 2011-02-02 日亜化学工業株式会社 Nitride semiconductor laser device
JP2001077413A (en) 1999-09-06 2001-03-23 Showa Denko Kk Group iii nitride semiconductor light-emitting element and manufacture thereof
JP2001094212A (en) * 1999-09-24 2001-04-06 Sanyo Electric Co Ltd Semiconductor element and its manufacturing method
US6441393B2 (en) * 1999-11-17 2002-08-27 Lumileds Lighting U.S., Llc Semiconductor devices with selectively doped III-V nitride layers
JP2001168028A (en) * 1999-12-03 2001-06-22 Sony Corp Method of manufacturing nitride-based iii-v compound crystal, nitride-based iii-v compound crystalline substrate, nitride-based iii-v compound crystalline film, and method of manufacturing device
JP2001210915A (en) * 2000-01-24 2001-08-03 Sony Corp Semiconductor light-emitting device
JP3498697B2 (en) 2000-07-07 2004-02-16 日亜化学工業株式会社 Nitride semiconductor device
US6586762B2 (en) * 2000-07-07 2003-07-01 Nichia Corporation Nitride semiconductor device with improved lifetime and high output power

Also Published As

Publication number Publication date
CN1252883C (en) 2006-04-19
US20040124500A1 (en) 2004-07-01
DE60234330D1 (en) 2009-12-24
EP1387453B1 (en) 2009-11-11
EP1387453A4 (en) 2008-10-22
WO2002084831A1 (en) 2002-10-24
CA2444273A1 (en) 2002-10-24
KR20040018348A (en) 2004-03-03
KR100902109B1 (en) 2009-06-09
CA2444273C (en) 2012-05-22
US7230263B2 (en) 2007-06-12
JP2002374043A (en) 2002-12-26
ATE448589T1 (en) 2009-11-15
EP1387453A1 (en) 2004-02-04
CN1502154A (en) 2004-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4032803B2 (en) Gallium nitride compound semiconductor device and manufacturing method thereof
KR100267839B1 (en) Nitride semiconductor device
JP2000299532A (en) Nitride semiconductor laser element
JP2000068594A (en) Nitride semiconductor element
JP2001203385A (en) Nitride semiconductor light emitting diode
US6631149B1 (en) Laser diode using group III nitride group compound semiconductor
JP2900990B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device
US20030047744A1 (en) Multilayered reflective membrane and gallium nitride-based light emitting element
JP3446660B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device
JP4291960B2 (en) Nitride semiconductor device
JP3498697B2 (en) Nitride semiconductor device
JP3651260B2 (en) Nitride semiconductor device
JP3366188B2 (en) Nitride semiconductor device
JPH11191639A (en) Nitride semiconductor device
JP2003060298A (en) Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same
JP3794530B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP2004104088A (en) Nitride semiconductor device
JP4628651B2 (en) Manufacturing method of nitride semiconductor light emitting device
JP4360066B2 (en) Gallium nitride light emitting device
JPH11224972A (en) Nitride semiconductor light-emitting element
JP4955195B2 (en) Nitride semiconductor device
JP3543628B2 (en) Method for growing nitride III-V compound semiconductor and method for manufacturing semiconductor light emitting device
JP2001024223A (en) Nitride semiconductor light emitting diode
JP3857417B2 (en) Nitride semiconductor device
JP3772651B2 (en) Nitride semiconductor laser device

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050307

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050607

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050808

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20050808

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20050808

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20050831

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20060829

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061030

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20061108

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20071002

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20071015

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4032803

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111102

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111102

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121102

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121102

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131102

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees